[发明专利]一种具有负介电常数的碳纳米管/聚苯硫醚的制备方法

说明书

本发明涉及一种具有负介电常数的碳纳米管/聚苯硫醚的制备方法，从而制备新型负介电材料的方法，包括：将碳纳米管和聚苯硫醚粉料在振动球磨机中混料，然后进行过筛，将粉体热压制备成复合材料，用于测试和使用。本发明提供的碳纳米管/聚苯硫醚复合材料的制备方法，碳纳米管在基质聚苯硫醚中均匀分布，通过绝缘的聚苯硫醚限制漏导电流，从而降低介电损耗。制备的负介电常数复合材料在40MHz‑1GHz频段，负介电常数绝对值保持1000以下。工艺简单，通过此方法制备出的具有负介电常数的复合材料，在通讯、微波吸收及无线电力传输等应用领域，具有重要的实用价值和广阔的市场前景。

技术领域

本发明涉及一种具有负介电常数的碳纳米管/聚苯硫醚复合材料的制备方法，属于复合材料技领域和射频电磁材料技术领域。

背景技术

介电常数ε是表征材料电磁性能的基本物理参数。当介电常数为负时，材料将在微波吸收、屏蔽，衰减、滤波等领域内发挥重要作用。当负介电常数和负磁导率相匹配时，材料将表现出许多新颖的电磁性能，如逆多普勒效应、逆契伦科夫效应及负折射效应等，这些独特的性能使得材料在新型谐振器、微带天线、磁共振成像及无线电力传输等领域具有重要应用前景。

目前，对于负介电常数的实现途径主要分为两种，一种是通过构造周期性结构阵列，利用电谐振获得负介电常数。另一种是利用材料本征特性，通过调控材料物相组成、微观结构及外加电场来获得。阵列型负介电材料的性能主要与结构单元的尺寸及排列方式有关，而与材料自身的物相组成和微观形貌无关，是一种有别于传统材料的人工电磁介质。由于其加工成本昂贵、制造困难且应用频段特定，因此限制了阵列型负介电材料的应用。本征负介电材料可调控性强、制备简便、应用频段宽，近年来成为新的研究热点。研究表明，通过在陶瓷相或聚合物中添加磁性金属颗粒，可以获得负介电常数和负磁导率。由于负磁导率主要通过磁性材料的磁共振进行实现，因此负磁导率的数值一般较小。另一方面，由于金属中自由电子浓度较高，使得材料的负介电常数绝对值太大，难以与磁导率数值匹配，从而造成阻抗匹配性较差，制约着其在微波吸收、电磁波衰减等领域上应用。因此，如果能够获得具有弱负介电常数的材料，能够与负磁导率数值匹配，对于双负材料的制备、应用与发展具有重要的推动作用。

聚苯硫醚具有优良的稳定性和机械性能以及突出的电绝缘性能。目前，聚苯硫醚与碳纳米管的复合主要集中在力学性能和电导性能，然而本发明通过将碳纳米管在聚苯硫醚中的均匀分布，从而可以得到负介电常数的制品。

本发明以碳纳米管为新的功能体，制备出具有弱负介电常数的复合材料，在通讯、微波吸收及无线电力传输等应用领域，具有重要的研究价值和广阔的市场前景。

发明内容

本发明针对现有负介电材料制备成本高昂、得到的介电性能不稳定、负介电绝对值过高等缺点，提供一种工艺简便、制造成本低并适合工业化生产的制备方法，获得具有弱负介电的复合材料。以聚苯硫醚（PPS）为基体，碳纳米管（CNT）作为功能体，采用机械振动磨和热压成型工艺，制备出碳纳米管/聚苯硫醚复合材料。具体工艺如下：

（1）按照碳纳米管/聚苯硫醚（CNT/PPS）不同质量比，用天平称量相应质量的聚苯硫醚粉体和碳纳米管粉体。

（2）将步骤（1）称量好的粉体，放入振动球磨罐中，在室温下进行振动球磨混料，加料顺序为先加入碳纳米管，再加入聚苯硫醚。将混料好的粉体过200目筛分，得到均匀的碳纳米管/聚苯硫醚粉体。

（3）取适量过筛后的混合粉体放入模具中热压成型，热压温度为200摄氏度，保温时间10min，脱模后为圆形薄片，1000目砂纸打磨后，以作为进一步的介电性能测试。

根据模具的大小，制备的粉料一般多出15%，防止填充不紧密、混料过程中的损失和成品薄片厚度过小。

进一步的，所述步骤(1)中碳纳米管质量百分比为20%和30%。