[发明专利]高介电常数的钛酸钡/聚合物复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高介电技术领域，具体地，涉及一种高介电常数的钛酸钡/聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术

高介电材料在电子电器和电力系统有很重要的应用，比如整体封装技术要求的嵌入式电容器、薄膜三极管、电缆终端以及一些先进武器上需要的高功率电容。实际应用要求高介电材料具有高的介电常数，低的介电损耗。传统的高介电材料主要是高介电陶瓷和聚合物，但是陶瓷易击穿、难加工，聚合物介电常数不高，性能均有待进一步提高，于是人们制备了无机陶瓷/聚合物复合材料。复合材料的制备主要有熔融共混和溶液共混。如中国专利，公开号为：CN03119260.2中，公开了钛酸钡系粉末分散在乙丙橡胶、丁基橡胶中得到了介电常数在10～30之间（50Hz）的复合材料；另一份中国专利，公开号为：CN03136112.9中，公开了将钛酸钡、氧化铝分散到环氧树脂中，得到介电常数在2.7～30之间的复合材料。然而由于陶瓷和聚合物表面性质的巨大差异，两者的相容性并不好，导致无机颗粒的大量团聚，限制了复合材料性能的进一步提高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高介电常数的钛酸钡/聚合物复合材料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的，

第一方面，本发明涉及一种高介电常数的钛酸钡/聚合物复合材料，所述复合材料包括如下体积百分含量的各组分：

单核  1～60%，

内壳  3～30%，

外壳  20～80%，

所述单核为钛酸钡陶瓷颗粒，所述内壳为相对介电常数为4～10的聚酰胺，外壳为相对介电常数为3～4的聚甲基丙烯酸甲酯。

优选地，所述钛酸钡陶瓷颗粒的粒径为0.01～1微米。

优选地，所述聚酰胺由内壳单体与氨基化钛酸钡在温度为80～120℃，反应时间为2～10小时的条件下，缩聚反应制得而成，所述内壳单体为3,5-二氨基苯甲酸或对氨基苯甲酸，所述聚酰胺为线性聚酰胺或超支化聚酰胺，聚酰胺的介电常数介于钛酸钡和聚甲基丙烯酸甲酯之间，在复合材料中能起到一个缓冲的作用。

优选地，所述氨基化钛酸钡与内壳单体的质量比为1：（0.5～3）。

优选地，所述聚甲基丙烯酸甲酯由外壳单体与含溴钛酸钡颗粒在温度为40～100℃，反应时间为4～48小时的条件下，内壳表面引发原子转移自由基聚合而成，所述外壳单体为甲基丙烯酸甲酯，所述含溴钛酸钡颗粒与外壳单体的质量比为1：（1～10），聚甲基丙烯酸甲酯具有低的介电常数和介电损耗，起到绝缘的作用，抑制漏电电流。

第二方面，本发明还涉及前述的高介电常数的钛酸钡/聚合物复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1，将所述钛酸钡陶瓷颗粒分散到双氧水溶液中，加热，搅拌，离心分离，真空干燥，得精制钛酸钡颗粒；

步骤2，将精制钛酸钡颗粒分散到含有3-氨丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液中，加热，搅拌，离心分离，真空干燥，得到氨基化钛酸钡；

步骤3，取氨基化钛酸钡分散到N-甲基吡咯烷酮中，加入氯化锂、吡啶、亚磷酸三苯酯、内壳单体，加热，搅拌，在氮气氛围下反应，离心、洗涤，真空干燥，制得钛酸钡-聚酰胺材料，所述内壳单体为3,5-二氨基苯甲酸或对氨基苯甲酸；

步骤4，取钛酸钡-聚酰胺材料分散到N,N-二甲基甲酰胺中，加三乙胺，在冰浴条件下滴加含有2-溴异丁酰溴的N,N-二甲基甲酰胺溶液，冰浴温度下反应，常温反应，离心，洗涤，真空干燥，得到含有溴的钛酸钡颗粒；

步骤5，取含溴钛酸钡颗粒分散到N,N-二甲基甲酰胺中，加入外壳单体、溴化亚铜、N,N’,N’,N”,N”-五甲基乙二撑三胺，除氧，反应，离心，洗涤，真空干燥，制得最终产物具有高介电常数的钛酸钡/聚合物复合材料，其中，所述外壳单体为甲基丙烯酸甲酯。

优选地，步骤1中，步骤1中，所述钛酸钡陶瓷颗粒的质量为50～100g,所述双氧水溶液的体积为300～500ml，加热温度为60～120℃，搅拌时间为1～6小时。

优选地，步骤2中，所述含有3-氨丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液的体积为300～800ml，3-氨丙基三乙氧基硅烷的体积为50～100ml,加热温度为80～100℃，搅拌时间为8～24小时。