[发明专利]具有压敏特性的高分子纳米复合材料合成工艺和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种一种具有压敏特性的高分子纳米复合材料及其在压敏元件制作中的应用。

背景技术

目前用于电子线路过电压保护的元器件主要有以下三类：陶瓷压敏电阻，硅基半导体瞬态过电压保护元件和高分子ESD保护元件：陶瓷压敏电阻通过对陶瓷掺杂，在高温下烧结半导化，两端焙烧电极制成，它的主要缺点是产品制成能耗高，寿命短，耐冲击次数少，压敏特性较差；硅基半导体瞬态过电压保护元件采用半导体工艺制成，它的主要特点是产品投资大，制作成本高，对环境污染大，产品附加电容高；高分子ESD保护元件采用高分子材料和导电颗粒形成一种带压敏特性的材料制成，该材料的压敏特性不好，重复性很差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种具有压敏特性的高分子纳米复合材料，可用于制备高性能、高精度的压敏元件。

为达到上述目的，采用的技术方案是：采用金属纳米材料和半导体陶瓷纳米材料与高分子基体材料均匀共混，制成匀质的高分子纳米复合材料，各组分的重量百分数％为：

金属纳米材料                20％～40％

半导体陶瓷纳米材料          10％～30％

高分子基体材料              40％～70％

再加入少量的固化剂，搅拌5小时以上，待其粘度逐渐变大以后停止搅拌，放入容器待用。

所述的金属纳米材料可以是镍，铜，铁，铝，金，银等材料中的任意一种或二种的混合物。

所述的半导体陶瓷纳米材料可以是氧化锌，碳化硅，二氧化钛中的任意一种或二种的混合物。

所述的高分子基体材料可以是环氧树脂，有机硅树脂，丙烯酸树脂中的任意一种。

所述的金属纳米材料和所述的半导体陶瓷纳米材料的粒径为10nm至500nm。

所述固化剂为T31，用量约为匀质的高分子纳米复合材料总重量的5％。

本发明的积极效果是：在高分子ESD保护元件的基础上，将金属纳米材料和纳米半导化的陶瓷粉充分与高分子材料形成均一的匀质相，利用纳米材料的表面效应和量子尺寸效应，形成宏观的压敏效应。将上述高分子纳米复合材料结合线路板和半导体技术，可以非常高效的生产各种压敏器件，产品性能高度可靠，并且生产成本仅为传统方法的几分之一。

附图说明

下面结合附图与具体实施方法对本发明作进一步详细的描述。

图1是高分子纳米复合材料工作原理示意图。

图中，1、1′-电极；2-金属纳米材料；3-高分子基体材料；4-半导体陶瓷纳米材料。

具体实施方式

实施例1

采用金属纳米材料和半导体陶瓷纳米材料与高分子基体材料均匀共混，制成匀质的高分子纳米复合材料，各组分的重量百分数％为：

金属纳米材料  镍(粒径为150nm)                23％

半导体陶瓷纳米材料  氧化锌(粒径为120nm)      12％

高分子基体材料  环氧树脂                     65％

上述制作复合材料浆料中加入约为总重量的5％的固化剂T31，搅拌5小时以上，待其粘度逐渐变大以后停止搅拌，放入容器待用，用于制作高分子纳米复合材料压敏元件。用中国专利申请号200810032677.8公开的方法将其印刷在蚀刻好图形的PCB板上，加热使其固化。将印刷好的线路板再压上一层蚀刻好图形的PCB板，复合以后在整张板上制作图形，通过打孔将PCB的内层图形的电极引到外面的电极，印刷好阻焊油墨，就形成了整张的元件。再利用高精度划片机将大的图形分别切割成单个的元件，就制成了高分子纳米复合材料压敏元件。

图1是高分子纳米复合材料工作原理示意图，由图可见：在两个电极1和1′之间填充高分子纳米复合材料，当电压V加在两端电极1和1′上时，复合材料中的n个金属纳米材料2，半导体陶瓷纳米材料4以及高分子基体填充材料3分别承担着一定的电压(V/n)。随着电压V的逐步升高，半导体陶瓷纳米材料4首先被击穿，当材料中有一个纳米颗粒被电压击穿的同时，加在其他纳米颗粒上的电压升高至V/(n-1)，这时又有第二个纳米颗粒被击穿，加在其他纳米颗粒上的电压又升高至V/(n-2)。这样，在极短的时间内(＜1ns)，伴随着金属纳米材料的表面效应，电子流顺着纳米颗粒的表面快速流动，整个材料被电压迅速击穿。

用本实施例制作纳米高分子复合浆料，用中国专利申请号200810032677.8公开的方法制成的高分子纳米复合材料压敏元件，电极间距离为0.1mm，压敏击穿电压Vbr1200V，压敏箝位电压Vc150V。