[发明专利]一种高介电常数的交联PS@Cu/PVDF复合薄膜的制备方法

说明书

一种高介电常数的交联PS@Cu/PVDF复合薄膜的制备方法。本发明涉及电子功能材料技术领域，特别是涉及一种高介电常数的交联PS@Cu/PVDF复合薄膜的制备方法。本发明是要解决现有方法铜纳米颗粒在高介电聚合物基复合材料中具有差的分散性和相容性且易氧化的问题。方法：一、Cu@交联PS纳米颗粒的制备；二、高介电Cu@交联PS/PVDF复合薄膜的制备。本发明用于制备高介电常数的Cu@交联PS/PVDF复合薄膜。

技术领域

本发明涉及电子功能材料技术领域，特别是涉及一种高介电常数的交联PS@Cu/PVDF复合薄膜的制备方法。

背景技术

近年来，高性能的柔性介电材料由于在电子工业和军事领域的广泛应用，而受到极大的关注。特别是在电容器储能方面的应用，介电材料通常要求具有较好的可加工性、柔韧性，高的介电常数和低的介电损耗。聚合物材料具有很好的柔韧性，易加工性和高的击穿场强，但是它的相对介电常数太低(ε_r＜10)以致无法得到广泛的应用。因此，前人们付出大量的努力主要通过以下两种方法制备聚合物基高介电复合材料。其一是通过引入高介电陶瓷填料来制备高介电陶瓷/聚合物复合材料，但通常需要高的掺杂浓度来获得高介电常数，这样会极度恶化复合材料的力学性能，难以实际应用。其二是通过引入导电填料来制备高介电导电填料/聚合物复合材料，且用来制备高介电复合材料的导电填料中，以金属纳米颗粒居多。少量的金属纳米颗粒的掺杂，就能使复合材料获得很高的介电常数。但是由于金属纳米颗粒具有巨大的比表面积和表面能，使得它们极易团聚和氧化，因此限制了其应用。更重要的是，在导电填料/聚合物复合材料中，金属纳米颗粒的团聚会在复合材料中形成导电通道，使复合材料失去介电性能。

为了防止金属纳米颗粒的团聚和氧化，拓宽其应用，人们开始努力从事用绝缘材料包覆金属纳米颗粒的研究。Zhou等(Zhou Y.C，Wang L，et al.[J].Appl.Phys.Lett.2012，101:012903)制备了Ag@SiO₂核-壳纳米颗粒，并且掺杂到聚酰亚胺基体中。他们发现掺杂Ag@SiO₂核-壳纳米颗粒的复合材料相比于掺杂Ag纳米颗粒的复合材料，介电常数有了显著的下降。Liang等(Liang F，Zhang L，et al.[J].Appl.Phys.Lett.2016，108:072902)在Ag纳米颗粒外面包覆一层大约8～10纳米厚的TiO₂，制备了Ag@TiO₂核壳结构的纳米颗粒。然后将核-壳结构的Ag@TiO₂作为填料掺杂到聚四氟乙烯基体中，发现在100Hz下，体积分数为70％的复合材料其相对介电常数高达240，是聚四氟乙烯相对介电常数的100倍。但是SiO₂和TiO₂都属于无机物，与聚合物基体的相容性差，容易出现相分离；而且掺杂金属@无机核壳结构的复合材料，相比于直接掺杂金属的复合材料，其介电常数会有很大程度的下降。Bi等(Bi J Y，Gu Y Z，et al.[J].Mater.Design.2016,89:933-940.)制备了具有SiC@SiO₂的核壳填料，然后将其添加到PVDF基体中。发现绝缘的SiO₂壳体能够有效的阻止SiC团聚在一起而在复合材料中形成导电通道。此外，还能保持高的介电常数，在100Hz的频率下，介电常数依然能够达到2230.3。Zhu等(Zhu H，Liu Z，et al.[J].RSC Adv.2016,6:64634-64639.)制备了壳层大约为5-20nm的Ag@SiO₂核壳结构的纳米填料。研究发现Ag@SiO₂纳米填料的掺杂，能够显著提高PVDF-TrFE基体的介电性能。目前的大多数研究都是集中在无机包覆金属纳米粒子，虽然无机壳体也能起到防止金属纳米颗粒的团聚和氧化，但是无机壳体与聚合物基体的相容性差，容易出现相分离，而且具有原料昂贵，生产工艺复杂等问题。因此，目前研究面临的主要问题是获得一种能够防止金属纳米颗粒氧化，并且采用在聚合物基体中具有很好的分散性和相容性的聚合物包覆金属纳米颗粒核壳结构作为填料，来制备高性能的聚合物基介电复合材料。

发明内容