[发明专利]聚芳醚酮基氨基取代金属酞菁-纳米石墨复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物基纳米复合材料及其制备的技术领域，特别涉及具有高介电性能的聚芳醚酮基氨基取代金属酞菁-纳米石墨复合材料及其制备方法。

背景技术

高介电常数高分子复合材料是将具有高介电常数或者导电的高分子填料分散到一种电致伸缩聚合物基体中，在保持基体柔性的基础上同时具有较高的介电常数。这种聚合物基复合材料在较低的电场下可以实现较高的应变量，大大地增加了聚合物材料的介电常数，克服了对外加电场的过分依赖。

介电常数代表了电介质的极化程度，也是对电介质的介电性能的描述。伴随现代科技信息技术的飞速发展、日新月异，要求电子器件具有体积小、损耗低等优点，因此对电子材料的介电性能提出了越来越高的要求，希望能得到具有高介电常数、低损耗、易加工等综合性能优越的新型电子材料。要提高一种材料的储能密度，在保证所加电场低于材料的击穿电场的条件下，势必要通过提高材料的有效介电常数。

伴随集成电路(IntegatedCircuit，简称IC)技术的飞快发展，需要把无源器件埋藏到有机线路板内部，以节省外部空间。电容器在无源器件中占有大于60％的比例，而嵌入式电容器必然成为IC技术发展的制约因素。IC技术一般采用有机聚合物为基板，所以要求具有较低的加工温度。单一的介电陶瓷材料虽然具有较高的介电常数，但是其需要较高的加工温度(一般超过1000℃)，与IC加工技术所需低温加工不相容等弊端限制了其在嵌入式电容器中的应用，而且材料的机械性能差柔韧性不好。单一的聚合物材料虽然具有加工温度低、柔韧性较好等优点，但是其介电常数较低，一般低于10，也不能满足电容器对介电常数的要求。而目前采用有机聚合物为基板的技术，其最大的限制是多层结构要求很低的加工温度，因此上述材料并不适合在嵌入式电容器中使用。

为了提高聚合物基复合材料的介电常数，根据渗流理论可将导电填料加入到聚合物基体中制备渗流型复合材料。所谓渗流理论，是指当导电填料的加入量达到一个特定的值时，填料颗粒之间会相互连通，形成一个通路，从而使材料由绝缘体变为导体。这种方法可以使复合材料的介电常数增加到聚合物基体的10～100倍。但是当加入填料的体积分数增加到渗流阈值附近时，复合体系的介电常数就会迅速增加，通常介电损耗也会迅速增加，因此在制作高介电材料时需要考虑导电材料在绝缘介质中的渗流效应。本发明将半导体引入到复合材料体系中，形成包裹的夹层结构，在保持材料介电常数不受影响的前提下，降低材料介电损耗，使其具有优良的加工性能和较低的加工温度，该复合材料有可能成为一种性能优良的介电材料并很有希望在嵌入式电容中获得应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高介电性能的聚芳醚酮基氨基取代金属酞菁-纳米石墨复合材料及其制备方法。通过对聚芳醚酮聚合物的功能化改性、对纳米石墨进行羧酸修饰，并且选择氨基取代金属酞菁-纳米石墨作为填充材料，从而得到高介电性能的聚芳醚酮基氨基取代金属酞菁-纳米石墨复合材料。

聚芳醚酮基氨基取代金属酞菁-纳米石墨复合材料的制备方法是利用氨基取代金属酞菁-纳米石墨作为改性填充材料，功能化聚芳醚酮即磺化聚醚醚酮酮作为基体材料，通过溶液共混的方法，制备高介电性能的功能化聚芳醚酮基氨基取代金属酞菁-纳米石墨复合材料。

本发明的复合材料的技术方案如下。

一种聚芳醚酮基氨基取代金属酞菁-纳米石墨复合材料，其特征在于，由磺化聚芳醚酮和氨基取代金属酞菁-纳米石墨组成，按质量分数和为100％计算，氨基取代金属酞菁占0～20％，纳米石墨占2％～36％，磺化聚芳醚酮占60％～98％。

所述的纳米石墨片，是使用羧酸处理进行了修饰的纳米石墨片。

所述的氨基取代金属酞菁-纳米石墨，结构为纳米石墨表面夹层包裹氨基金属酞菁；按质量计氨基取代金属酞菁∶纳米石墨优选1～2∶3。

所述的磺化聚芳醚酮共聚物，其结构式如下所示：

其中，x/y为1/99～40/60，优选的比例为10/90～30/70；磺化聚芳醚酮的制备过程可以按照Xianfeng Li在Journal of Membrane Science.(2005，255，149-155)中发表的方法合成。

本发明的氨基取代金属酞菁-纳米石墨是采用溶液共混的方法。氨基取代金属酞菁的制备过程可以按照丛方地等在分子科学学报(2003,19,26-32)中发表的方法合成。其中氨基取代金属酞菁与纳米石墨片的投入量比例(质量比)可以是10/90～50/50(即1∶1～9)。