[发明专利]高介电常数复合膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合膜材料领域，具体而言，涉及一种高介电常数复合膜材料及其制备方法。

背景技术

高介电材料具有优良的介电性能，使其在固态电容器、微波介质元件等领域有着广泛的应用前景，例如用于制作动态随机存储器和大功率电容器等。高介电陶瓷(例如CaCu₃Ti₄O₁)也具有良好的介电性能，但是高介电陶瓷有较大的脆性和需极高的制备温度，因而限制了其应用。

然而，高介电聚合物基体复合材料由于拥有较高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，使其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。而宾州州立大学Q.M.Zhang等人在近几年报道多种全聚合物复合材料在1kHz下拥有大于1000的介电常数。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。

近年来，对于高介电常数复合材料的研究的重点仍然是体材料。然而，随着现代器件向小型化和集成化发展，相对于体材料，更为轻薄的膜材料表现出了它特有的优越性。2007年，Chen等人报道了在PVDF中加入乙炔黑(AB)，以DMF为溶剂，采用浸渍提拉法制成PVDF/AB复合膜材料，且该复合膜材料在1kHz下拥有大约50的介电常数，但这与高介电陶瓷及块体复合材料相比还有较大的差距。

因此，提供一种高介电常数复合膜材料及其制备技术，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高介电常数复合膜材料及其制备方法。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种高介电常数复合膜材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将聚偏氟乙烯溶液和碱性物质溶液混合均匀以得到混合溶液，其中，聚偏氟乙烯溶液中的聚偏氟乙烯和碱性物质溶液中的碱性物质的质量比为100-x：x，x的范围为1～50；将混合溶液倒在衬底上，并使混合溶液流延均匀；将流延后的衬底置于干燥箱中进行干燥，以在衬底上形成高介电常数复合膜材料。

进一步地，获得聚偏氟乙烯溶液的步骤包括：向聚偏氟乙烯中加入有机溶剂并进行搅拌，至聚偏氟乙烯溶解后获得聚偏氟乙烯溶液。

进一步地，有机溶剂为N甲基吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺，并在50～100℃的条件下进行搅拌。

进一步地，碱性物质溶液中的溶剂为去离子水或无水乙醇。

进一步地，得到混合溶液的步骤包括：向聚偏氟乙烯溶液中加入碱性物质溶液，在50～100℃的条件下搅拌均匀以得到混合溶液。

进一步地，干燥的步骤中，干燥温度为60～120℃，干燥时间为1～12小时。

进一步地，碱性物质为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铝或氨水。

进一步地，衬底为石墨纸、玻璃、铝箔或铜箔。

进一步地，高介电常数复合膜材料在碱性物质所占的质量比为4％～36％、1kHz下的相对介电常数为10²～10⁴。

根据本发明的另一方面，提供了一种高介电常数复合膜材料，该高介电常数复合膜材料由本发明提供的上述制备方法制备而成。

应用本发明的技术方案，本发明提供的制备方法仅通过将将聚偏氟乙烯溶液和碱性物质溶液混合均匀以得到混合溶液，然后将混合溶液倒在衬底上流延均匀，以及将流延后的衬底置于干燥箱中进行干燥，即在衬底上形成高介电常数复合膜材料，且聚偏氟乙烯溶液和碱性物质溶液混合均匀的成本低廉，从而使得本发明的制备方法工艺简单，所用原料易得且成本低廉，所需设备简单，工艺过程也简单易行，便于大规模生产。同时，本发明的制备方法所制备的高介电常数复合膜材料具有较高的介电常数，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，使其更适合小型化与集成化的器件生产需求，还可以应用于储能电容器的生产当中。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本申请。