[发明专利]基于聚偏氟乙烯和石墨烯的复合介质薄膜材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子功能材料技术领域，涉及薄膜介质材料与制备方法，尤其是高介电聚合物薄膜材料和高储能薄膜材料。 

背景技术

电介质材料具有储存电荷及电能的功能，所以在各类电子电力器件，航天航空以及军事武器领域中得到广泛运用。随着21世纪信息产业的爆发式增长，尤其是对各类电子设备（包括器件）的集约化、微型化的要求不断提高，所以对于具有高介电材料（具有高介电常数的材料）的需求日益旺盛。由于目前没有任何一种单一组份的介质材料在拥有足够高介电常数的前提下兼顾优良的机械性和加工性。例如有机高分子材料虽然加工性能优异，且柔韧性好，但是介电常数通常较低，而铁电陶瓷虽然拥有高的介电常数，但其加工温度过高，且很脆，都不适合单独应用，所以一般采用复合技术，将无机或有机高介电常数粒子与聚合物通过一定的物理或化学方式复合在一起，以提高复合材料的介电性能来获得理想材料。 

发明内容

本发明提供一种基于聚偏氟乙烯和石墨烯的复合介质薄膜材料及其制备方法。本发明以聚偏氟乙烯为基体材料，掺入石墨烯导电材料，获得了高介电常数的复合介质薄膜材料，具有高介电常数、散热性能好、密度低、成本低等特点，适合运用于航天军工器件，信息技术电子器件，静电存储以及电容器介电材料。 

本发明技术方案如下： 

基于聚偏氟乙烯和石墨烯的复合介质薄膜材料，包括衬底位于衬底表面的复合介质薄膜，所述复合介质薄膜由聚偏氟乙烯和石墨烯复合而成；其中石墨烯的质量百分比含量为复合介质薄膜质量的0.5%到3%。 

基于聚偏氟乙烯和石墨烯的复合介质薄膜材料的制备方法，包括以下步骤： 

步骤1：配制质量百分比浓度不超过5%的聚偏氟乙烯粉末的有机溶液，记为体系A。体系A中有机溶剂可以是二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、氯仿、二甲基乙酰胺、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯或四甲基脲等极性溶剂。 

步骤2：往体系A中加入石墨烯粉末，超声分散均匀，得到的混合体系记为体系B。其中 体系B中石墨烯粉末的质量百分比含量为体系B中聚偏氟乙烯和石墨烯粉末质量和的0.5%到3%。 

步骤3：采用超声雾化工艺，将步骤2所得体系B喷涂于衬底表面。 

步骤4：对喷涂于衬底表面的体系B进行烘干处理，去除有机溶剂，得到基于聚偏氟乙烯和石墨烯的复合介质薄膜材料。 

需要说明的是：1、配制体系A时，可伴以20~100℃的超声处理，以加速聚偏氟乙烯粉末的溶解；2、步骤4中烘干温度为40~100℃，时间为2~5小时。 

本发明的实质是在聚偏氟乙烯薄膜（聚合物薄膜）中掺入接近但不超过逾渗阈值的石墨烯（导电粒子），得到高出纯聚偏氟乙烯薄膜材料介电常数100%以上的复合介质薄膜材料，且保持了聚合物的柔韧性和易加工性。通常纯聚偏氟乙烯薄膜材料介电常数为9，而本发明提供的复合介质薄膜材料的介电常数最高可达21。且本发明提供的复合介质薄膜材料的制备方法简单、易控，成本低廉。 

具体实施方式

实施例一 

首先取1.99g聚偏氟乙烯粉末溶于有机溶剂中（浓度不超过5%）在温度20-100℃范围内超声1小时，使得聚偏氟乙烯充分溶解于溶剂中，得到体系A；然后取0.01g石墨烯粉末慢慢溶于体系A中，并不断搅拌，继续在20-100℃的条件下超声1-10小时，获得体系B；再采用超声雾化工艺，将体系B喷涂于衬底表面；最后对喷涂于衬底表面的体系B进行烘干处理（温度为40~100℃，时间为2~5小时），去除有机溶剂，得到基于聚偏氟乙烯和石墨烯的复合介质薄膜材料，其中石墨烯的质量百分比含量为复合介质薄膜质量的0.5%，记为样品一。 

实施例二 

首先取1.98g聚偏氟乙烯粉末溶于有机溶剂中（浓度不超过5%）在温度20-100℃范围内超声1小时，使得聚偏氟乙烯充分溶解于溶剂中，得到体系A；然后取0.02g石墨烯粉末慢慢溶于体系A中，并不断搅拌，继续在20-100℃的条件下超声1-10小时，获得体系B；再采用超声雾化工艺，将体系B喷涂于衬底表面；最后对喷涂于衬底表面的体系B进行烘干处理（温度为40~100℃，时间为2~5小时），去除有机溶剂，得到基于聚偏氟乙烯和石墨烯的复合介质薄膜材料，其中石墨烯的质量百分比含量为复合介质薄膜质量的1.0%，记为样品二。 

实施例三