[发明专利]复合柔性高介电薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种复合柔性高介电薄膜，包括聚合物和分散在聚合物中的MXene纳米材料；其中，以所述聚合物和所述MXene纳米材料的总质量为基准，MXene纳米材料的质量百分数为0.5％～20％。导电性能优异的MXene纳米材料能提高聚合物的介电常数；且通过将特定质量的导电性能优异的MXene纳米材料分散聚合物中，使MXene纳米材料不形成导电通路，从而不产生较大的介电损耗，使聚合物能保持较低的介电损耗。该复合柔性高介电薄膜相比现有的高分子复合薄膜，不仅具有介电常数高及介电损耗低等优点，而且还具有抗拉伸性能强、柔性优良等优点。

技术领域

本发明涉及介电材料技术领域，特别是涉及一种复合柔性高介电薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着信息和微电子工业的飞速发展，半导体器件微型化、集成化、智能化、高频化的应用需求快速增加。越来越多的电子元器件，如介质基板、介质天线、动态随机存储器、嵌入式薄膜电容等，既要求介质材料具备优异的介电性能，又要求其具备良好的力学性能和加工性能。

传统的无机压电陶瓷具有高介电常数和较高的稳定性，但其脆性大、加工温度较高，与目前的电路集成加工技术相容性差等缺点限制了它的应用。而高分子聚合物通常具有优良的柔性、击穿强度高且加工性优良，但大多数聚合物材料的介电常数低，通常小于10，从而导致其储能密度小，难以满足众多高性能电子元器件的要求。

近年来，技术人员常采用陶瓷粒子填充于聚合物基体中制备出既具有较高介电常数又具有良好可加工性的复合材料，但陶瓷粒子填充于聚合物制备复合材料时需要较高的陶瓷粒子充填量，通常复合材料中陶瓷粒子的体积分数要达 40％及以上才能具有较高的介电常数。然而，过高的陶瓷粒子充填量会使复合材料的结构柔性受到影响，且还会导致复合材料的介电击穿强度显著下降，储能密度难以提升。

因此，如何制得介电常数高、介电损耗低、柔性好的复合材料具有重要意义。

发明内容

基于此，有必要提供一种介电常数高、介电损耗低、柔性好的复合柔性高介电薄膜及其制备方法和应用。

本发明的技术方案如下。

本发明一方面提供了一种复合柔性高介电薄膜，包括聚合物和分散在所述聚合物中的MXene纳米材料；

以所述聚合物和所述MXene纳米材料的总质量为基准，所述MXene纳米材料的质量百分数为0.5％～20％。

在其中一些实施例中，以聚合物和所述MXene纳米材料的总质量为基准，所述MXene纳米材料的质量百分数为1％～15％。

在其中一些实施例中，以所述聚合物和所述MXene纳米材料的总质量为基准，所述MXene纳米材料的质量百分数为2％～10％。

在其中一些实施例中，所述聚合物为聚偏氟乙烯和聚乙烯醇中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述MXene纳米材料选自二维过渡金属碳化物、二维过渡金属氮化物和二维过渡金属碳氮化物中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述MXene纳米材料选自Ti₃C₂T_x、Ti₂CT_x和Nb₂CT_x中的至少一种。

本发明另一方面提供了一种复合柔性高介电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将MXene纳米材料的悬浮液与聚合物溶液混合，得到复合悬浮液；

采用所述复合悬浮液制膜，得到复合柔性高介电薄膜；

其中，以所述聚合物和所述MXene纳米材料的总质量为基准，所述MXene 纳米材料的质量百分数为0.5％～20％。