[发明专利]基于电容电感协同效应的高介电、低损耗材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于电容电感协同效应的高介电、低损耗材料及制备方法，包括：步骤一，称取不同质量分数的石墨烯分别与聚偏氟乙烯混合，粉碎后干燥，得到第一混合粉体和第二混合粉体；所述的第一混合粉体石墨烯的质量分数为0‑6wt.％；所述的第二混合粉体石墨烯的质量分数为6‑18wt.％。步骤二，将所述的第一混合粉体压制成型，得到单层材料；步骤三，将所述的第二混合粉体中倒入步骤二制得的单层材料上，压制成型，制得具有双层结构的高介电、低损耗的材料。本发明以石墨烯粉体为导电功能相，制备出具有电感、电容特性的单层块体材料，依次叠加制备出电感‑电容、电容‑电感‑电容叠层材料，具有高介电、低损耗的特点，有利于大规模生产。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种基于电容电感协同效应的高介电、低损耗材料及制备方法。

背景技术

具有高介电常数(ε′)和低损耗(tanδ)的材料在电容器、传感器、储能器件等领域有着重要的应用价值。局限于材料的本征介电参数、制备工艺等，单一材料难以兼具高介电常数、高阻抗匹配特性和低损耗。近年来，研究者通过在高分子介质中添加导电功能相来提高复合材料的介电常数，同时对功能相表面进行包覆、改性处理来降低材料的损耗值，来获得高介低损复合材料。如中国专利CN102337019B报道，用聚苯胺包覆碳纳米管然后与聚芳醚酮混合制备碳纳米管/聚芳醚酮复合材料，相比于同体系中未包覆的碳纳米管，介电损耗减小为原先的1/40。然而，聚苯胺的包覆厚度和均匀性不易控制，当碳纳米管的质量分数增加到40％时，介电损耗也随之增加到9.97，不利于材料在储能方面的应用。

由麦克斯韦-瓦格纳效应，当导电功能相分布在树脂基体时，材料内部微结构可看作一个个微电容，材料表现出电容特性；随着功能相的不断添加，在材料内部会形成导电网络，此时材料表现为电感特性。如中国专利CN103342027B报道，将聚合物基导电复合体系和聚合物介电体系用熔融共挤工艺制备出叠层复合材料，改变导电层和介电层的叠加顺序和层数来调控介电常数。然而，叠加的层数往往需要上百次，且次序对介电性能有直接的影响，不利于材料的规模化应用。

发明内容

本发明的目的是解决单一材料难以兼具高介电常数、高阻抗匹配特性和低损耗的性能，而复合材料则需要叠加上百次的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供了基于电容电感协同效应的高介电、低损耗材料及制备方法，包括：

步骤一，称取不同质量分数的石墨烯分别与聚偏氟乙烯混合，粉碎后干燥，得到第一混合粉体和第二混合粉体；所述的第一混合粉体具有电容特性，其石墨烯的质量分数为0-6wt.％；所述的第二混合粉体具有电感特性，其石墨烯的质量分数为6-18wt.％；

步骤二，将所述的第一混合粉体压制成型，得到单层材料；

步骤三，将所述的第二混合粉体中倒入步骤二制得的单层材料上，压制成型，制得具有双层结构的高介电、低损耗的材料。

优选地，还包括：

步骤四，将所述的第一混合粉体倒入步骤三制得的双层结构的高介电、低损耗的材料上，压制成型，制得具有三层结构的高介电、低损耗的材料。

优选地，步骤一中干燥的条件为：真空干燥箱温度80-120℃，时间1-2h。

优选地，步骤一中，粉碎石墨烯和聚偏氟乙烯混合物的方法为：先加入乙醇，再采用球磨机对其粉碎，石墨烯和聚偏氟乙烯的混合物的质量：乙醇体积：球磨珠质量为2:25:40；其中石墨烯和聚偏氟乙烯的混合物的质量单位为g，乙醇的体积单位为ml，球磨珠的质量单位为g。

优选地，球磨机的使用条件为：粉碎时间10-15h，转速700-900rpm。

优选地，所述的高介电、低损耗的材料的总厚度为1.7-1.9mm。

优选地，所述的高介电、低损耗的材料各单层的厚度一致。