[发明专利]一种导电粒子填充聚合物层状复合介电材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种导电粒子填充聚合物层状复合介电材料，按照质量比包括以下组分：聚偏氟乙烯树脂99.8％、多壁碳纳米管0‑0.1％、聚多巴胺表面改性包覆碳纳米管0.1‑0.2％；还包括一种聚多巴胺表面改性包覆碳纳米管的制备方法以及导电粒子填充聚合物层状复合介电材料的制备方法。本发明所述导电粒子填充聚合物层状复合介电材料将现有技术中的表面有机小分子包覆改性与层状物理分布控制相结合，在促进界面极化作用的同时，可以显著抑制在垂直方向上导电通路的形成，降低电导损耗。

技术领域

本发明属于介电材料技术领域，具体涉及一种导电粒子填充聚合物层状复合介电材料及其制备方法。

背景技术

高介电材料在电场中可以储存大量的电荷，且其储能特性决定了可以实现电荷的短时快速储存与释放，因此，在电荷储存材料及电子元器件应用领域有着巨大的市场需求与发展前景。除了电子产业，高介电材料也广泛应用于需要较大功率密度的军民领域，包括主动振动控制、航空航天、水下导航与监测、水听器、生物医学成像、无损检测、空气成像扩音器及电磁弹射武器系统等。

而聚合物相比于金属以及陶瓷等基体，其在熔体状态下流动性较好，可以选择的加工成型方法很多，如挤出、注塑、模压成型等。不仅在机械选择方面很灵活，易于加工，而且制备成本低，因此，聚合物基的高介电材料拥有更为广泛的应用潜力。

但是聚合物基体本身的介电常数较低，通常都需要通过添加高介电的功能填料来提高介电性能。相比于高介陶瓷的大添加量、脆性大、介电常数相对偏低等弱点，导电粒子填充聚合物复合介电材料(PCD)可以在很小的添加量下实现较高的介电常数，并保持优异的机械性能。但是导电填料填充的PCD材料本身仍有一些不足，如介电行为对填料含量敏感所导致的介电性能可控区间极窄，填料含量过了逾渗值之后材料介电损耗急剧增大，击穿强度急剧降低等问题。

大量的研究表明，通过对导电粒子进行有选择性的表面包覆处理，可以促进填料在基体中的分散，降低体系逾渗值等。同时，由于表面隔绝层的存在，填料间接触电阻增大，使得自由电荷在填料间的相互迁移变得愈加困难，可以显著降低电导损耗。但这种方法对表面化学包覆层的厚度、填料的分散均匀性、填料含量区间仍较为敏感，不利于制得连续稳定的高介电、低损耗材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导电粒子填充聚合物层状复合介电材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。通过填料表面化学包覆和物理分布控制相结合的方法，基于在促进粒子分散促进极化的同时，切断导电粒子在电场方向上的搭接，减少导电通路的形成，降低损耗和保持较高的击穿强度这两个主要原则。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种导电粒子填充聚合物层状复合介电材料，按照质量比包括以下组分：

聚偏氟乙烯树脂(PVDF) 99.8％

多壁碳纳米管(CNT) 0-0.1％

聚多巴胺表面改性包覆碳纳米管(PDA@CNT) 0.1-0.2％；

其中多壁碳纳米管与聚多巴胺表面改性包覆碳纳米管的质量之和为0.2％，多壁碳纳米管为工业级多壁碳纳米管，平均管径在9.5纳米，平均长度1.5微米；聚多巴胺表面改性包覆碳纳米管(PDA@CNT)中聚多巴胺(PDA)包覆层与多壁碳纳米管(CNT)的质量比为0.03-0.2：1，相应的，聚多巴胺表面包覆层的平均厚度在0.46-1.26nm。

一种聚多巴胺表面改性包覆碳纳米管的制备方法，按照先后顺序包括以下步骤：

S1：将多壁碳纳米管在80℃的烘箱中干燥2小时后加入到稀释的稀盐酸溶液中，得混合溶液；

S2：将上述步骤中得到的混合溶液在室温下，于超声水浴中超声分散6小时；