本发明涉及电子材料领域，具体涉及一种有机-无机杂化介电复合材料及其制备方法。
背景技术：
：介电材料（dielectricmaterial）又称电介质，是可用于控制存储电荷及电能的电的绝缘材料，在现代电子及电力系统中具有重要的战略地位。介电材料主要包括电容器介电材料和微波介电材料两大体系。其中用作电容器介质的介电材料，要求材料的电阻率高，介电常量大，在整个介电材料中占有很大比重。介电材料也可分为有机和无机两大类，种类繁多。人们对介电材料的研究最初是从无机压电陶瓷材料开始的，无机压电陶瓷材料具有高介电常数和高热电稳定性，但其脆性大、加工温度较高。随着信息和微电子工业的飞速发展对半导体器件微型化、集成化、智能化、高频化和平面化的应用需求增加，越来越多的电子元件，如介质基板、介质天线、嵌入式薄膜电容等，既要介电材料具备优异的介电性能，又要其具备良好的力学性能和加工性能，因此，单一的无机介电材料已经不能满足上述要求。而具有高介电性能的复合功能电介质材料可用于制备高储能密度介质，在脉冲率及电子封装技术等军民用领域有着引人瞩目的实用前景。近年来，人们通过以聚合物为基体，引入高介电常数或易极化的纳米尺度的无机颗粒或者其它无机物形成聚合物基复合介电材料。然而，通过简单的混合而成的聚合物基复合介电材料在电化学性能上虽然有了一定的提高，也克服了部分缺陷，但仍然难以满足电子行业对电子材料越来越高的性能要求，因此，深入研发更高性能的聚合物基复合介电材料依然是今后电子材料发展的方向。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有聚合物基复合介电材料存在的介电系数低、工作温度低的缺陷，提供一种有机-无机杂化介电复合材料及其制备方法；本发明利用高分子的交联和有机-无机杂化的原理，使其具有介电常数大，工作温度高的优点，促进了介电材料在高温环境中工作的电子器件上的应用。为了实现上述发明目的，本发明提供了一种有机-无机杂化介电复合材料，包括以下重量份原材料制备而成：10-30份的聚偏二氟乙烯，5-15份的聚乙烯醇，5-15份的聚乙酰胺，2-5份的马来酸酐，0.1-0.5份的纳米钛酸钡，0.5-2份的纳米碳化硅，0.5-1份的纳米氧化铜，1-3份的偶联剂，1-5份的交联剂。一种有机-无机杂化介电复合材料，利用多种有机物的相互交联聚合，形成结构稳定，耐高温的高分子三维网络结构，同时在三维网络结构中杂化不同纳米氧化物，钛酸钡-碳化硅-氧化铜三者形成一个独立循环体，对电场的屏蔽作用增强，介电常数增大；同时，三维网络结构使聚合物熔点增加，其工作温度更高；该复合介电材料使用范围更大，有利于电子行业的发展。优选的，其中所述的聚偏二氟乙烯聚合度为20-50，聚合度太大，分子链太长，形成的三维网络结构稳定差，复合材料熔点降低；聚合度太小，分子链太短，不利于纳米材料的杂化和嵌入，纳米材料分散不规则，可能产生团聚现象，产品性能降低。优选的，其中所述的聚乙烯醇聚合度为50-80，聚合度太大，分子链太长，形成的三维网络结构稳定差，复合材料熔点降低；聚合度太小，分子链太短，不利于纳米材料的杂化和嵌入，纳米材料分散不规则，可能产生团聚现象，产品性能降低。优选的，其中所述的聚乙酰胺聚合度为40-80，聚合度太大，分子链太长，形成的三维网络结构稳定差，复合材料熔点降低；聚合度太小，分子链太短，不利于纳米材料的杂化和嵌入，纳米材料分散不规则，可能产生团聚现象，产品性能降低。优选的，其中所述的纳米钛酸钡的粒径为20-60纳米，粒径太大，不利于纳米材料的在三维网络结构中的杂化和嵌入，纳米材料分散不规则，可能产生团聚现象，产品性能降低，粒径太小，分散困难，容易团聚。优选的，其中所述的纳米碳化硅的粒径为20-60纳米，粒径太大，不利于纳米材料的在三维网络结构中的杂化和嵌入，纳米材料分散不规则，可能产生团聚现象，产品性能降低，粒径太小，分散困难，容易团聚。优选的，其中所述的纳米氧化铜的粒径为20-50纳米，粒径太大，不利于纳米材料的在三维网络结构中的杂化和嵌入，纳米材料分散不规则，可能产生团聚现象，产品性能降低，粒径太小，分散困难，容易团聚。优选的，其中所述的偶联剂为硅烷偶联剂，硅烷偶联剂对纳米材料的偶联效果最好。优选的，所述一种有机-无机杂化介电复合材料，包括以下重量份原材料制备而成：15-20份的聚偏二氟乙烯，5-10份的聚乙烯醇，10-15份的聚乙酰胺，2-3份的马来酸酐，0.1-0.3份的纳米钛酸钡，0.5-1份的纳米碳化硅，0.8-1份的纳米氧化铜，1-2份的偶联剂、2-3份的交联剂。为了实现上述发明目的，进一步的，本发明提供了一种有机-无机杂化介电复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将聚乙烯醇用水溶解形成第一溶液，将纳米钛酸钡、纳米碳化硅、纳米氧化铜分散在第一溶液中形成第二溶液液；（2）将步骤1得到的第二溶液与马来酸酐、偶联剂进行酯化、偶联反应，得聚马来酸-乙烯醇酯杂化混合物；（3）将步骤2得到的聚马来酸-乙烯醇酯杂化混合物与聚偏二氟乙烯，聚乙酰胺，交联剂混合后进行交联反应，得有机-无机杂化介电复合材料。一种有机-无机杂化介电复合材料的制备方法，先将纳米材料通过聚乙烯醇均匀分散开，再利用酯化反应和偶联剂将合成的酯与纳米材料偶联，形成聚马来酸-乙烯醇酯杂化混合物，从而使纳米材料均匀规则的排列分散在三维网络结构中，不会团聚，并形成钛酸钡-碳化硅-氧化铜独立循环体，对电场的屏蔽作用增强，介电常数增大；最后通过与其它高分子材料的交联，形成了具有三维网络结构的有机-无机杂化介电复合材料，使聚合物熔点增加，其工作温度更高；该有机-无机杂化介电复合材料的制备方法简单、稳定、可靠，适合有机-无机杂化介电复合材料的大规模、工业化生产。优选的，所述酯化反应温度为150-180℃，反应温度过高，反应剧烈，控制困难，反应温度过低，反应速度慢，生产周期长。优选的，所述酯化反应时间为2-5h，反应时间过长，生产周期长，效率低，反应时间过短，反应不完全，产品性能降低。优选的，所述交联反应温度为230-250℃，交联温度过高，交联过渡，形成的三维网络结构不规则，产品性能降低，交联温度过低，反应时间太长，生产周期长。优选的，所述交联反应的时间为1-3h，反应时间过长，生产周期长，效率低，反应时间过短，反应不完全，产品性能降低。与现有技术相比，本发明的有益效果：1、本发明有机-无机杂化介电复合材料含有三维网络结构和钛酸钡-碳化硅-氧化铜独立循环体，具有更高的熔点和对电场更好的屏蔽作用，具有高工作温度和高介电常数。2、本发明有机-无机杂化介电复合材料的制备方法先通过酯化和杂化，再利用交联，将纳米材料均分散在三维网络结构体系中，并行成钛酸钡-碳化硅-氧化铜独立循环体系结构，从而增加了复合材料的熔点和介电常数。3、本发明有机-无机杂化介电复合材料的制备方法简单、稳定、可靠，适合有机-无机杂化介电复合材料的大规模、工业化生产。具体实施方式下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。实施例1（1）将10重量份的聚合度为50的聚乙烯醇用20重量份的水溶解形成第一溶液，将0.3重量份的纳米钛酸钡、1重量份的纳米碳化硅、0.8重量份的纳米氧化铜分散在第一溶液中形成第二溶液液；（2）将步骤1得到的第二溶液与3重量份的马来酸酐、2重量份的硅烷偶联剂在180℃的条件下进行酯化、偶联反应5h，得聚马来酸-乙烯醇酯杂化混合物；（3）将步骤2得到的聚马来酸-乙烯醇酯杂化混合物与20重量份的聚合度为20的聚偏二氟乙烯，10重量份的聚合度为40的聚乙酰胺，2重量份的交联剂混合后在240℃的温度下进行交联反应3h，得有机-无机杂化介电复合材料。实施例2（1）将5重量份聚合度为80的的聚乙烯醇用10重量份的水溶解形成第一溶液，将0.1重量份的纳米钛酸钡、0.5重量份的纳米碳化硅、1重量份的纳米氧化铜分散在第一溶液中形成第二溶液液；（2）将步骤1得到的第二溶液与2重量份的马来酸酐、1重量份的偶联剂在150℃的温度下进行酯化、偶联反应2h，得聚马来酸-乙烯醇酯杂化混合物；（3）将步骤2得到的聚马来酸-乙烯醇酯杂化混合物与15重量份的聚合度为40的聚偏二氟乙烯，10重量份的聚合度为80的聚乙酰胺，3重量份的交联剂混合后在250℃的温度下进行交联反应1h，得有机-无机杂化介电复合材料。实施例3（1）将0.1重量份的纳米钛酸钡、2重量份的纳米碳化硅、0.5重量份的纳米氧化铜分散在5重量份的聚乙烯醇中形成溶液；（2）将步骤1得到的溶液与5重量份的马来酸酐、1重量份的偶联剂进行酯化、偶联反应，得聚马来酸-乙烯醇酯杂化混合物；（3）将步骤2得到的聚马来酸-乙烯醇酯杂化混合物与30重量份的聚偏二氟乙烯，15重量份的聚乙酰胺，1重量份的交联剂混合后进行交联反应，得有机-无机杂化介电复合材料。实施例4（1）将0.1重量份的纳米钛酸钡、1重量份的纳米碳化硅、0.5重量份的纳米氧化铜分散在15重量份的聚乙烯醇中形成溶液；（2）将步骤1得到的溶液与2重量份的马来酸酐、3重量份的偶联剂进行酯化、偶联反应，得聚马来酸-乙烯醇酯杂化混合物；（3）将步骤2得到的聚马来酸-乙烯醇酯杂化混合物与10重量份的聚偏二氟乙烯，15重量份的聚乙酰胺，1重量份的交联剂混合后进行交联反应，得有机-无机杂化介电复合材料。对比例1（1）将10重量份的聚合度为50的聚乙烯醇用20重量份的水溶解形成第一溶液，将0.3重量份的纳米钛酸钡、1重量份的纳米碳化硅分散在第一溶液中形成第二溶液液；（2）将步骤1得到的第二溶液与3重量份的马来酸酐、2重量份的硅烷偶联剂在180℃的条件下进行酯化、偶联反应5h，得聚马来酸-乙烯醇酯杂化混合物；（3）将步骤2得到的聚马来酸-乙烯醇酯杂化混合物与20重量份的聚合度为20的聚偏二氟乙烯，10重量份的聚合度为40的聚乙酰胺，2重量份的交联剂混合后在240℃的温度下进行交联反应3h，得有机-无机杂化介电复合材料。对比例2（1）将10重量份的聚合度为50的聚乙烯醇用20重量份的水溶解形成第一溶液，将0.3重量份的纳米钛酸钡、1重量份的纳米碳化硅、0.8重量份的纳米氧化铜分散在第一溶液中形成第二溶液液；（2）将步骤1得到的第二溶液与3重量份的马来酸酐、2重量份的硅烷偶联剂在180℃的条件下进行酯化、偶联反应5h，得聚马来酸-乙烯醇酯杂化混合物；（3）将步骤2得到的聚马来酸-乙烯醇酯杂化混合物与20重量份的聚合度为20的聚偏二氟乙烯，2重量份的交联剂混合后在240℃的温度下进行交联反应3h，得有机-无机杂化介电复合材料。对比例3（1）将10重量份的聚合度为50的聚乙烯醇用20重量份的水溶解形成第一溶液，将0.3重量份的纳米钛酸钡、1重量份的纳米碳化硅、0.8重量份的纳米氧化铜分散在第一溶液中形成第二溶液液；（2）将步骤1得到的第二溶液与2重量份的硅烷偶联剂在180℃的条件下进行活化反应5h，得活化混合物；（3）将步骤2得到的活化混合物与20重量份的聚合度为20的聚偏二氟乙烯，10重量份的聚合度为40的聚乙酰胺，2重量份的交联剂混合后在240℃的温度下进行交联反应3h，得介电复合材料。将上述实施例1-4和对比例1-3中所制备得到的有机-无机杂化介电复合材料进行性能检测（25℃，10KHz），记录实验结果，记录数据如下：编号介电常数最高使用温度（℃）实施例142260实施例241260实施例339260实施例440255对比例123250对比例225180对比例327190对上述实验数据分析可知，实施例1-4中采用本发明技术方案制备得到的高温复合介电材料介电常数大、最大使用温度高；同时，对比所有实施例1-4和对比例1-3可知，纳米材料对复合材料的介电常数其主要影响作用，对比例1中少用一种纳米材料，不能形成钛酸钡-碳化硅-氧化铜独立循环体系结构，对电场的屏蔽作用显著减弱，其介电常数显著降低；有机物对复合材料的使用温度和介电常数都有影响，对比例2中没有使用聚乙酰胺，既不能形成三维网络结构，也不能形成钛酸钡-碳化硅-氧化铜独立循环体系结构，复合材料的使用温度和介电常数都显著降低；对比例3中没有使用马来酸酐，既不能形成三维网络结构，也不能形成钛酸钡-碳化硅-氧化铜独立循环体系结构，复合材料的使用温度和介电常数都显著降低。当前第1页1 2 3