[发明专利]一种复合介电薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合介电薄膜制备领域，特别涉及复合介电薄膜的制备方法。

背景技术

具有高介电常数、低介电损耗、易加工性的聚合物基复合介电材料由于很好的柔韧性和储存电荷、均匀电场的能力，因此作为一种功能独特、应用广泛的功能材料，在混合动力机车、传感器、航天军事和电能存储领域等中有很广泛的应用。目前，介电材料主要有三类：

1、普通介电陶瓷材料：如钛酸铜钙(CCTO)，其电容较大，介电常数高达10⁴-10⁵(Lin Zhang，et al.，Ferroelectrics.2010，405，92.)，但该材料烧结温度高、易碎，可加工性受到影响。2、聚合物材料：如聚偏氟乙烯(PVDF)柔韧性高，介电损耗小，但其本身的介电常数过小(Baojin Chu，et al.，science.2006，313，334.)，严重限制它的应用。3、高介电性能聚合物基复合材料：将导电碳化钛(TiC)作为添加剂，填充到PVDF中形成复合材料，100Hz下复合材料的介电常数可达到540(Fajun Wang，et a.，Phys.Status Solidi(RRL).2009，3，22.)，但是其受到渗流阈值的严重限制，在渗流阈值附近介电损耗会有很大的提高，不易控制填充量。而由普通陶瓷材料为添加剂，聚合物为基底，结合了陶瓷的高介电性能和聚合物易加工性的优点，其具有较好的介电性能、较高的电压击穿场强和易成型等优点，故有很大的应用价值。如Philseok Kim等以表面改性的钛酸钡(BaTiO₃)为添加剂，偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物[P(VDF-TrFE)]为基底，当BaTiO₃添加量为50％时，100Hz下复合材料的介电常数可以达到33(Philseok Kim，et al.，ACSNANO.2009，3，2581.)。

但是该方法的缺点是大部分陶瓷添加材料的制备方法较为复杂，且与聚合物相容性较差，不易制成薄膜。大部分陶瓷材料的超高介电常数与聚合物基底相差较大，在受到外电场的作用时，复合材料内部会产生不均一的电场，会大大降低复合材料的耐压强度。

发明内容

本发明目的在于提供一种复合介电薄膜的制备方法。所述复合介电薄膜具有较好的介电性能。

复合介电薄膜的制备方法，包括如下步骤：

1、通过回流法由锐钛矿、金红石两种晶型组成制备不同晶型比例混晶TiO₂，混晶TiO₂不同的晶型比例可以由反应时间控制，所述回流时间为6-18h。

2、将步骤1制备的混晶TiO₂、含氟聚合物和溶剂N，N-二甲基甲酰胺(DMF)混合后，超声搅拌分散均匀，形成稳定的溶胶；

3、将步骤2制备的溶胶在模具上80±1℃流延成膜，干燥18±1h，再经过自然冷却、120±1℃退火8±1h，去除残留溶剂，即得到厚度为110-150μm的混合晶型无机纳米填料/聚合物基复合介电薄膜。

所述含氟聚合物，是偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物[P(VDF-TrFE)]、偏氟乙烯-三氟乙烯-氟氯乙烯共聚物[P(VDF-TrFE-CFE)]、偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物[P(VDF-TrFE-CTFE)]中的一种。

该混晶TiO₂中锐钛矿、金红石两种晶型摩尔百分比组成为：

锐钛矿               36％-45％；

金红石               55％-64％。

所述回流时间为6-18h。

所述复合介电薄膜中混晶纳米TiO₂的质量比例为5％-40％；含氟聚合物的质量比例为60％-95％。

所述复合介电薄膜中优选混晶TiO₂为40％，含氟聚合物为60％。

所述混晶TiO₂组成的优选比例为：锐钛矿为37％，金红石为63％。

所述混晶TiO₂和含氟聚合物总质量与DMF的质量比为1∶7-10。

本发明具有以下有益效果：

a.该混晶纳米TiO₂填料克服了背景技术中存在的诸多问题，其制备条件简单、易操作，两种晶型的不同比例可以通过反应时间来控制。其结合了两种不同晶型的优点，有较高的介电常数和很低介电损耗。