专利名称：一种高介电常数聚合物基纳米复合材料的制备方法
技术领域：
本发明属于高分子纳米材料领域，具体涉及一种高介电常数聚合物基纳米复合材 料的制备方法。
背景技术：
纳米无机粒子/聚合物复合材料既具有聚合物低的加工温度和柔韧性，又具有无 机材料高的介电常数，所以近几年，在迅速发展的电子工业领域中受到广泛地重视。但是目 前填充于聚合物中的无机粒子粉体多接近于微米尺度，有些粒子的直径甚至达到IOymJg 制了复合材料薄膜的厚度目前，国内外普遍采用机械混合法_如球磨机混合、熔融混合或溶胶_凝胶法制 备无机粒子/聚合物高介电纳米复合材料。然而，这类制备方法能耗大，工艺复杂且材 料微观结构不易控制。例如美国的Rao等人采用球磨机械混合的方法，用磷酸盐脂作分 散剂，以4 1的比例填充平均粒径分别为0.90μπι和0.050μπι的铌镁酸铅-钛酸铅 (PMN-PT)和钛酸钡(BaTiO3)，以220r/min速度球磨一天，制备了介电常数高达150的环氧 树脂(EXPOY)/PMN-PT/BaTi03 高介电纳米复合材料(Rao Y, Ogitani S, C. P. Wong. Novel Polymer-Ceramic Nanocomposite Based on High Dielectric Constant Epoxy Formula for Embedded Capacitor pplication[J], Journal of Applied Polymer Science,2002, 83,1084-1090 (2002) ) 0武汉大学董丽杰等人采用原位溶胶-凝胶法制备聚偏氟乙烯 (PVDF)/BaTiO3纳米复合材料，复合材料中BaTiO3粒径为50-100nm，在IMHz所测得的介电 常数不高，且介电损耗也较大(董丽杰，熊传溪.PVDF/改性BaTi03复合材料介电性能研究 [J].高分子材料科学与工程，2003，9(1) :153-155)。综上所述，采用机械混合法能耗大，成 本高；而用化学方法(如溶胶-凝胶法)制备工艺复杂，工艺条件更加严格，所使用的化学 试剂对环境造成一定污染。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种制备工艺简单，能耗低，成 本低廉，污染少的高介电常数聚合物基纳米复合材料的制备方法。本发明所提供的高介电常数聚合物基纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤将粒度为30 60nm的钛酸钡粉体与粒度为0. 1 0. 2 μ m的聚偏氟乙烯加入无 水乙醇中超声波分散后，烘干，并在粉末压片机上于180 200°C和10 15MPa压力下热 压，得到高介电常数聚合物基纳米复合材料；其中，钛酸钡粉体的用量为钛酸钡粉体与聚偏 氟乙烯总体积的10 60%。本发明具有以下有益效果1)本发明通过以无水乙醇作为分散介质，使纳米钛酸钡粒子吸附到聚偏氟乙烯表 面，有效的降低了复合材料的厚度，同时所制备的复合材料介电性能和韧性好。2)本发明所提供的方法操作简便，制备周期短，能耗和成本低，污染少。
图1、A和B分别为实施例二和实施例四中制备的混合粉体的TEM照片；C和D是分别为实施例二和实施例四中制备的高介电常数聚合物基纳米复合材料的脆断面TEM照片。图2、钛酸钡和高介电常数聚合物基纳米复合材料的X射线衍射图；其中，a对应纯 钛酸钡粉末，b对应对比例，c对应实施例一，d对应实施例三，e对应实施例五。图3、在室温和IKHz和IOMHz时高介电常数聚合物基纳米复合材料的介电常数和 介电损耗与复合材料中钛酸钡所占体积分数的关系；内置图为麦克斯韦-加内特方程计算 的结果。图4、(a)为高介电常数聚合物基纳米复合材料的介电常数与频率的关系；(b)为 高介电常数聚合物基纳米复合材料的介电损耗与频率的关系；两幅图中，曲线a对应对比 例(fBaTi。3为复合材料中钛酸钡所占的体积分数)，b对应实施例一，c对应实施例二，d对应 实施例三，e对应实施例四，f对应实施例五。以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
具体实施例方式下述对比例和实施例中所使用的钛酸钡粉体的粒度为30 60nm ；聚偏氟乙烯的 粒度为0. 1 0. 2 μ m。对比例将0. 537克聚偏氟乙烯粉在热压机上热压(温度为200°C，压力为15MPa，时间为 20min)成型。样品的XRD分析如图2中(b)所示，样品的介电特性如图4中(a)所示。实施例一将0. 1755克纳米钛酸钡粉体加入IOml无水乙醇中超声波分散IOmin后，加 入0. 4833克聚偏氟乙烯继续超声处理30min，将所得悬浮液置于玻璃盘中，并于50°C烘 3hr (使乙醇完全蒸发)得到混合粉体，将混合粉体在热压机上热压(温度为20(TC，压力为 15MPa，时间为20min)成型，得到钛酸钡的体积分数为10 %的高介电常数聚合物基纳米复 合材料。样品的XRD分析如图2中(c)所示，样品的介电特性如图4中(b)所示。实施例二 将0. 3510克纳米钛酸钡粉体加入IOml无水乙醇中超声波分散IOmin后，加 入0. 4296克聚偏氟乙烯继续超声处理30min，将所得悬浮液置于玻璃盘中，并于50°C烘 3hr (使乙醇完全蒸发)得到混合粉体，将混合粉体在热压机上热压(温度为20(TC，压力为 15MPa，时间为20min)成型，得到钛酸钡的体积分数为20%的高介电常数聚合物基纳米复 合材料。样品的显微组织照片如图1(c)所示，样品的介电特性如图4中(c)所示。实施例三将0. 5265克纳米钛酸钡粉体加入IOml无水乙醇中超声波分散IOmin后，加 入0. 3759克聚偏氟乙烯继续超声处理30min，将所得悬浮液置于玻璃盘中，并于50°C烘 3hr (使乙醇完全蒸发)得到混合粉体，将混合粉体在热压机上热压(温度为20(TC，压力为 15MPa，时间为20min)成型，得到钛酸钡的体积分数为30 %的高介电常数聚合物基纳米复 合材料。样品的XRD分析如图2中(d)所示，样品的介电特性如图4中(d)所示。
实施例四将0.7020克纳米钛酸钡粉体加入IOml无水乙醇中超声波分散IOmi η后，加 入0. 3222克聚偏氟乙烯继续超声处理30min，将所得悬浮液置于玻璃盘中，并于50°C烘 3hr (使乙醇完全蒸发)得到混合粉体，将混合粉体在热压机上热压(温度为20(TC，压力为 15MPa，时间为20min)成型，得到钛酸钡的体积分数为40 %的高介电常数聚合物基纳米复 合材料。样品的显微组织照片如图1(d)所示，样品的介电特性如图4中(e)所示。实施例五将0. 8775克纳米钛酸钡粉体加入IOml无水乙醇中超声波分散IOmin后，加 入0. 2685克聚偏氟乙烯继续超声处理30min，将所得悬浮液置于玻璃盘中，并于50°C烘 3hr (使乙醇完全蒸发)得到混合粉体，将混合粉体在热压机上热压(温度为20(TC，压力为 15MPa，时间为20min)成型，得到钛酸钡的体积分数为50 %的高介电常数聚合物基纳米复 合材料。样品的XRD分析如图2中(e)所示，样品的介电特性如图4中(f)所示。
权利要求
一种高介电常数聚合物基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤将粒度为30～60nm的钛酸钡粉体与粒度为0.1～0.2μm聚偏氟乙烯加入无水乙醇中超声波分散后，烘干，并在粉末压片机上于180～200℃和10～15MPa压力下热压，得到高介电常数聚合物基纳米复合材料；其中，钛酸钡粉体的用量为钛酸钡粉体与聚偏氟乙烯总体积的10～60％。
全文摘要
一种高介电常数聚合物基纳米复合材料的制备方法属于高分子纳米材料领域。本发明通过将粒度为30～60nm的钛酸钡粉体与粒度为0.1～0.2μm的聚偏氟乙烯加入无水乙醇中超声波分散后，烘干，并在粉末压片机上于180～200℃和10～15MPa压力下热压，得到高介电常数聚合物基纳米复合材料；其中，钛酸钡粉体的用量为钛酸钡粉体与聚偏氟乙烯总体积的10～60％。本发明工艺简单，易操作，成本低廉，环境污染少。
文档编号C08L27/16GK101955621SQ20091008927
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者党智敏, 王海燕 申请人:北京化工大学