[发明专利]一种具有高介电常数的聚合物-钾盐复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物-钾盐复合材料及制备方法，特别涉及一种具有高介电常数的聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)与钾盐复合材料及其制备方法，属于介电复合材料领域。

背景技术

高介电材料由于其优良的介电性能，在固态电容器、微波介质元件上有着广泛的应用前景，如：动态随机存储器(DRAM)，大功率电容器等。而高介电陶瓷如：CaCu₃Ti₄0₁₂由于其良好的介电性能得到了广泛的重视。但是，高介电陶瓷虽然拥有良好的介电性能，却有较大的脆性和需很高的制备温度，因而限制了其应用，特别是在集成电路上的应用受到了较大限制。

而高介电聚合物基体复合材料拥有一定的韧性和远低于陶瓷的制备温度，且拥有远高于普通聚合物的介电常数而得到越来越多的关注。2000年清华大学的南策文课题组报道了具有高介电常数的PVDF-Ni复合材料，其介电常数为400，远高于纯PVDF小于10的介电常数，之后该课题组还报道了Ni-BaTiO₃/PVDF三相复合材料，其介电常数高达800。2005年，Lai Qi等人报道的银-环氧树脂复合材料也拥有300的介电常数。而宾州州立Q.M.Zhang等人在近几年报道多种全聚合物复合材料在1kHz下拥有＞1000的介电常数，并提出这类材料的一些新应用前景。但是这些聚合物复合材料的介电常数依然远低于高介电陶瓷的介电常数。

2009年，虽然Fuan He等人报道了一种介电常数在1kHz下高达4.5×10⁷的高介电纳米复合材料，但是其介电损耗高达229，并且制备工艺较为复杂。

所以，一种具有能与高介电陶瓷的介电常数相比拟的或者更高的高介电常数，而低介电损耗，且制备工艺简单、原料易得、成本低廉且易于大规模生产的高介电复合材料及其制备技术需要研制出来，这也正是本发明的任务所在。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种制备工艺简单、成本低廉、且具有极高介电常数的、低介电损耗的聚合物PVDF-钾盐复合材料的制备方法，该方法是将聚合物PVDF与钾盐按设计体积分数比例配制成混合物再制备成高介电常数的介电复合材料，所述方法能获得相对介电常数高达10⁵～10⁶的高介电常数复合材料。

为实现本发明的目的，本发明是采用以下措施构成的技术方案来实现的：

本发明一种具有高介电常数的聚合物-钾盐复合材料的制备方法，依次包括以下工艺步骤：

(1)将聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)与钾盐按照体积分数比100-x∶x计算出所需用量，其比例中所述x的范围为1～99；

(2)将步骤(1)计算出的PVDF和钾盐的用量称量好，然后用20～50ml有机溶液溶解PVDF，在溶解后的PVDF液体中再加入钾盐，并采用超声至钾盐均匀分散在溶解液体中与PVDF发生反应，得复合液体；然后抽滤复合液体，得到复合材料粉体；

(3)将步骤(2)中得到的复合材料粉体用冷干压法经10～20MPa压力压成直径为10～20mm，厚度为0.3～1mm的圆片；

(4)将步骤(3)中得到的圆片置于马弗炉中，在80～250℃的温度下热处理2～8h，即制得聚合物-钾盐复合材料样品；

(5)在步骤(4)中获得的聚合物-钾盐复合材料样品表面通过离子溅射仪溅射上金属电极，即制得具有高介电常数的聚合物-钾盐复合材料，将其放置24小时后测试其介电性能。

上述技术方案中，所述钾盐为碳酸钾，或柠檬酸钾。

上述技术方案中，所述有机溶液为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)。

上述技术方案中，所述离子溅射仪溅射射上的金属电极为金电极。

依本发明所述的方法制备的聚合物聚偏氟乙烯与钾盐的复合材料，该复合材料具有极高介电常数，其在钾盐的体积分数为11～17时1kHz下相对介电常数高达10⁵～10⁶。

本发明与现有技术相比具有以下特点及有益技术效果：

1、本发明的制备方法工艺简单，所用原料易得且成本低廉，无需特殊设备等要求，便于大规模生产。

2、本发明的制备方法所采用的冷干压法所需设备简单，工艺过程也简单易行。

3、本发明的制备方法所制备的聚合物聚偏氟乙烯-钾盐复合材料具有极高的介电常数，它与普通的高介电陶瓷的介电常数相比较，不仅拥有更高的介电常数，还兼顾有较好的柔韧性和极低的制备温度。

附图说明