[发明专利]包含介电粒子的聚合物基质复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种聚合物基质复合材料，该聚合物基质复合材料包含多孔聚合物网络；以及分布在聚合物网络结构内的多个介电粒子；其中基于介电粒子和聚合物(不包括溶剂)的总重量，所述介电粒子的存在量在5重量％至98重量％的范围内；并且其中所述聚合物基质复合材料具有在1.05至80范围内的介电常数。包含介电粒子的聚合物基质复合材料可用作例如电场绝缘体。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年11月16日提交的美国临时专利申请62/587045的权益，该临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。

背景技术

通常，聚合物粘结剂具有相对低的介电常数，但大于空气(通常在大于2至小于4的范围内)。因此，粘结剂中的大量介电制品通常用于获得足够高的介电常数以支撑电容器件中的电场。需要可用于电子装置中的具有高介电常数、低介电损耗但还具有非常低的电传导率的绝缘材料。为电容性装置的电子装置诸如电容器、致动器、人造肌肉和器官、智能材料和结构、微机电(MEMS)装置、微流体装置、声学装置和传感器增加了对各种新的更好的绝缘材料的需要。电子装置领域中还需要更简单、更经济的产生此类装置的制造方法。还期望提供可以通过防止粒子聚集来消除或减少相邻凸块或互连图案之间的短路的介电制品。还期望提供具有优异耐溶剂性的介电制品。

发明内容

在一个方面，本公开描述了一种聚合物基质复合材料，该聚合物基质复合材料包含：

多孔聚合物网络结构；以及

多个介电粒子，所述多个介电粒子分布在聚合物网络结构内，

其中基于电介质粒子和聚合物(不包括任何溶剂)的总重量，所述介电粒子的存在量在5重量％至98重量％(在一些实施方案中，10重量％至98重量％、20重量％至98重量％、25重量％至98重量％、50重量％至98重量％、75重量％至98重量％、80重量％至98重量％、90重量％至98重量％，或甚至95重量％至98重量％)的范围内；并且其中所述聚合物基质复合材料的总体介电常数在1.05至80的范围内(在一些实施方案中，在以下范围内：1.1至80、1.15至80、1.2至80、1.1至75、1.15至75、1.2至75、1.2至70、1.1至70、1.15至70、1.2至65、1.1至65、1.15至65、1.2至60、1.1至60、1.15至60、1.2至55、1.1至55、1.15至55、1.2至50、1.1至50、1.15至50、1.2至45、1.1至45、1.15至45、1.2至40、1.1至40、1.15至40、1.2至35、1.1至35、1.15至35、1.2至30、1.1至30、1.15至30、1.2至25、1.1至25、1.15至25、1.2至20甚至1.1至20、1.15至20、1.2至20)。如本文所用，“介电粒子”是指具有1.05至80的固有相对介电常数的粒子。

在另一方面，本公开描述了制备本文所述的聚合物基质复合材料的第一方法，所述方法包括：

将热塑性聚合物、溶剂和多个介电粒子(例如混合或共混)以提供浆液；

使浆液成形为制品(例如层)；

在环境中加热制品，以基于在制品中的溶剂的重量在制品中保留至少90重量％(在一些实施方案中，至少91重量％、92重量％、93重量％、94重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％、99重量％或甚至至少99.5重量％)的溶剂，并基于热塑性聚合物的总重量溶解至少50％(在一些实施方案中，至少55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％，或甚至100％)的热塑性聚合物；以及

诱导热塑性聚合物与溶剂相分离，以提供聚合物基质复合材料。

在另一方面，本公开描述了制备本文所述的聚合物基质复合材料的第二方法，所述方法包括：