专利名称：一种制备高介电薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及电子功能材料技术领域，特别是涉及一种制备高介电聚合物复合薄膜的方法。
背景技术：
电介质材料可用于控制/存储电荷及电能，在现代电子及电力系统中具有重要的战略地位。传统的介电材料例如铁电陶瓷具有很高的介电常数，但其加工温度高，性脆强，难以加工成薄膜。而聚合物介电材料介电击穿强度高，柔韧性高，加工性能优异，但其介电常数值普遍较低。现代社会，随着信息化和微电子工业的飞速发展，对于导体器件微型化、集成化、智能化、高频化和平面化的应用需求增加，因此存在获得同时具有上述两种优点的介电材料的需要。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种制备具有高介电常数值、高的击穿电压值、低介电损耗值，并且保存了优异的力学性能和加工性能的高介电聚合物复合薄膜的方法。本发明的目的之一是提供一种原材料成本低、制备工艺易于掌握的制备高介电薄膜的方法。。本发明公开的技术方案包括:一种制备高介电薄膜的方法，其特征在于，包括:将具有高介电常数、易溶解的的有机介电主材料A与一定量的第一溶剂充分混合，获得第一浆料；将具有高介电常数、低损耗的有机介电材料B与一定量的第二溶`剂混合分散，获得第二浆料；将第一浆料和第二浆料充分混合后，获得第三浆料；真空抽气泡处理并静置熟化第三浆料，获得均匀混合的凝胶态高介电有机复合材料；将凝胶态复合材料加入到挤出机中，加热挤出，待熔膜挤出后通过冷却辊骤冷，再将挤出冷却膜通过拉伸成膜机双向拉伸，最后通过150°C热定型后，制得高介电聚合物复合薄膜。进一步地，所述有机介电主材料A为聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、或聚偏氟乙烯(PVDF)。进一步地，所述有机介电材料B为多省并醌、氰乙基聚乙烯醇或含氰乙基的聚合物。进一步地，所述第一溶剂为N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、氯仿、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯或四甲基脲。进一步地，所述第二溶剂为丙酮、异丙醇、无水乙醇、二甲基亚砜、氯仿、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯或四甲基脲。进一步地，所述第一浆料中所述有机介电主材料A和所述第一溶剂的质量比为10:1 2: 1，混合时间为I 4h。
进一步地，所述第二浆料中所述有机介电材料B和所述第二溶剂的质量比1: 2 1: 10，混合时间为I 4h。进一步地，所述第三浆料中所述有机介电主材料A和所述有机介电材料B的质量比为20:1 5: 1，混合时间为8 10h。进一步地，将所述第三浆料真空抽气泡处理并静置熟化2 4h，，以便潜溶剂被有机复合材料充分吸收并驱除浆料中气泡，获得凝胶态高介电有机复合材料。进一步地，将所述的凝胶态复合材料通过加热挤出、冷却骤冷、双向拉膜、热定型，获得高介电聚合物复合薄膜。进一步地，加热挤出温度根据实际有机介电主材料A不同而不同，如聚醚砜为230 240°C、聚醚醚酮为210 220°C、聚偏氟乙烯为170 180°C。进一步地，混合方式包括球磨、超声、磁力搅拌、机械搅拌。需要说明的是选择混合方式和混合时间需根据实际所选用的材料种类、质量等因素决定。本发明的实施例中，根据实施例中的方法制备的高介电聚合物复合薄膜综合了有机介电主材料A和有机介电材料B两者的优点，既具有高介电常数值、高击穿电压值和低介电损耗值，也保存了优异的力学性能和易于加工的特性，并且本发明实施例中的方法原材料成本低、制备工艺易于掌握。
图1是本发明一个实施例的制备高介电薄膜的方法的流程示意图。图2是根据本发明的实施例的方法制备的样品薄膜性能对比图。·
具体实施例方式下面将结合附图详细说明本发明的实施例的制备高介电聚合物复合薄膜的方法的具体步骤。如图1所示，本发明的一个实施例中，一种制备高介电薄膜的方法包括步骤1、步骤2、步骤3、步骤4、步骤5、步骤6、步骤7和步骤8。下面分别对每个步骤进行详细说明。步骤1:制备第一浆料。本发明的实施例中，可以将有机介电主材料A与第一溶剂混合，从而获得第一浆料。这里，有机介主电材料A为聚醚砜、聚醚醚酮或聚偏氟乙烯；第一溶剂可以是任何适合的溶剂，例如，本发明的一个实施例中，第一溶剂可以是N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、氯仿、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯或四甲基脲等等。本发明的实施例中，在该第一衆料中，有机介电主材料A和所述第一溶剂的质量比为10:1 2:1。本发明的实施例中，在获得了第一浆料后，还可以对第一浆料进行混合处理，使得有机介电主材料A与第一溶剂中充分混合。这里，对第一浆料进行混合方法和时间可以根据该第一浆料的浓度、外界温度等等确定，例如质量比大于等于4: I采用球磨，小于4: I采用超声或机械搅拌或磁力搅拌，混合时间可以为I至4小时。步骤2:制备第二浆料。本发明的实施例中，可以将有机介电材料B与第二溶剂充分混合，从而获得第二浆料。这里，有机介电材料B为多省并醌、氰乙基聚乙烯醇或含氰乙基的聚合物；第二溶剂可以是任何适合的有机溶剂，例如，本发明的一个实施例中，第二溶剂可以是丙酮、异丙醇、无水乙醇、二甲基亚砜、氯仿、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯或四甲基脲等等。本发明的实施例中，在该第二浆料中，有机介电材料B和该第二溶剂的质量比为1: 2 1: 10。 本发明的实施例中，在获得了第二浆料后，还可以对第二浆料进行混合处理，使得有机介电材料B在第二溶剂中充分混合分散。这里，对第二浆料进行混合方式和时间可以根据该第二浆料的浓度、外界温度、材料本省的分散性等等确定，例如质量比大于等于I: 4采用机械搅拌，小于1: 4采用超声或磁力搅拌，混合时间可以为I至4小时。容易理解，本发明的实施例中，步骤I和步骤2的顺序没有要求，即可以先制备第一浆料，再制备第二浆料；也可以先制备第二浆料，再制备第一浆料；或同时制备第一浆料和第二浆料。步骤3:将第一浆料和第二浆料混合获得第三浆料。获得了第一浆料和第二浆料之后，将第一浆料和第二浆料混合，获得第三浆料。可见，第三浆料是有机介电主材料A和有机介电材料B的混合浆料。本发明的实施例中，在该第三浆料中，有机介电主材料A和有机介电材料B的质量比可以是20:1 5:1。本发明的实施例中，在获得了第三浆料后，还可以对第三浆料进行高速球磨混合处理，使得第一浆料和第二浆料充分均匀混合。这里，对第三浆料进行球磨的时间可以根据该第三浆料的浓度、外界温度等等确定，例如可以为8 10小时。步骤4:对第三浆料进行真空静置熟化处理。获得第三浆料之后，即可对第三浆料进行真空静置熟化处理，即将第三浆料真空容器中静置熟化2 4h，以便潜溶剂被有机复合材料充分吸收并驱除浆料中气泡，获得凝胶态高介电有机复合材料。步骤5:凝胶态复合材料加热挤出。获得凝胶态高介电有机复合材料后，即可对复合材料进行加热挤出，即将材料放置于薄膜拉膜机组的挤出机入料口中，加热至180°C，将熔膜挤出，获得高介电有机复合材料熔膜。步骤6:熔膜骤冷获得高介电有机复合材料熔膜后，即可对复合熔膜进行冷却辊骤冷，即当熔膜从狭缝机头挤出后，迅速贴附在冷却辊的表面上，进行快速冷却，获得高介电有机复合薄片。步骤7:双向拉伸获得高介电有机复合薄片后，即可对复合薄片进行双向拉伸，即将复合薄片通过100°c预热，拉升温度120°C进行纵向和横向拉伸，获得高介电有机复合薄膜。步骤8:热定型获得高介电有机复合薄膜后，即可对复合薄膜进行热处理，即将复合薄膜通过热定型装置150°C，4h热定型处理，可将复合薄膜中溶剂降低到0.5%以下，得到成品薄膜。有机 介电主材料A在聚合物材料中具有较高的介电常数，约为3，并且具有良好的击穿场强，约为16MV/m。有机介电材料B具有介电常数，约为8-12，和较低的损耗，约为
0.0005 0.005，但是其热加工性能差。而按照本发明的方法制备的高介电聚合物复合薄膜以有机介电主材料A为基体材料复合有机介电材料B形成高介电薄膜，综合了有机介电主材料A和有机介电材料B两者的优点，既具有高介电常数值、高击穿电压值和低介电损耗值，也保存了优异的力学性能和加工性能，因此很明显地改善了高介电薄膜的介电性能。下面详细描述本发明的方法的几个实施例。实施例一:称量500g聚偏氟乙烯粉末与100gN，N_ 二甲基甲酰胺球磨混合8 10h。使得有机介电主材料A与N，N- 二甲基甲酰充分混合，得到第一浆料；将第一浆料进行真空静置熟化处理2 4h，将所述的凝胶态复合材料通过加热挤出、冷却骤冷、双向拉膜、热定型，得到薄膜样品I (纯聚偏氟乙烯薄膜、无复合)。实施例二:称量500g聚偏氟乙烯粉末粉末与IOOg N，N_二甲基甲酰胺球磨混合I 4h。使得有聚偏氟乙烯粉末与N，N-二甲基甲酰充分混合，得到第一浆料；称量25g多省并醌与IOOg乙醇混合，超声处理I 4小时，使得多省并醌均匀分散于乙醇中得到第二浆料；将第一浆料与第二浆料球磨混合8 10h，使得混合浆料充分均匀混合，得到第三浆料；将第三浆料进行真空静置熟化处理2 4h，将所述的凝胶态复合材料通过加热挤出、冷却骤冷、双向拉膜、热定型，得到薄膜样品2 (聚偏氟乙烯/多省并醌复合薄膜)。实施例三:称量500g聚醚砜粉末 与IOOg丙酮球磨混合8 IOh。使得聚醚砜与丙酮充分混合，得到第一浆料；将第一浆料进行真空静置熟化处理2 4h，将所述的凝胶态复合材料通过加热挤出、冷却骤冷、双向拉膜、热定型，得到薄膜样品3 (纯聚醚砜薄膜、无复合)。实施例四:称量500g聚醚砜粉末与IOOg丙酮球磨混合I 4h。使得聚醚砜与丙酮充分混合，得到第一浆料；称量25g多省并醌与IOOg乙醇混合，超声处理I 4小时，使得多省并醌均匀分散于乙醇中得到第二浆料；将第一浆料与第二浆料球磨混合8 10h，使得混合浆料充分均匀混合，得到第三浆料；将第三浆料进行真空静置熟化处理2 4h，将所述的凝胶态复合材料通过加热挤出、冷却骤冷、双向拉膜、热定型，得到薄膜样品4(聚醚砜/多省并醌复合薄膜)。实施例五:称量500g聚醚醚酮粉末与IOOg N，N-二甲基乙酰胺球磨混合I 4h，使得聚醚醚酮与溶剂充分混合，得到第一浆料，将第一浆料进行真空静置熟化处理2 4h ;将所述的凝胶态复合材料通过210 220°C加热挤出、冷却骤冷、双向拉膜、热定型，得到薄膜样品5 (聚醚醚酮薄膜、无复合)。实施例六:称量500g称量500g聚醚醚酮粉末与IOOg N，N- 二甲基乙酰胺球磨混合I 4h，使得聚醚醚酮与溶剂充分混合，得到第一浆料，将第一浆料进行真空静置熟化处理2 4h ;称量50g多省并醌与IOOg乙醇混合，超声处理I 4小时，使得多省并醌均匀分散于乙醇中得到第二浆料；将第一浆料与第二浆料球磨混合8 10h，使得混合浆料充分均匀混合，得到第三浆料；将第三浆料进行真空静置熟化处理2 4h，将所述的凝胶态复合材料通过210 220°C加热挤出、冷却骤冷、双向拉膜、热定型，得到薄膜样品6 (聚醚醚酮/多省并醌复合薄膜)。对于上述6种的高介电聚合物薄膜，在室温(25°C )，IkHz测试频率的条件下，测得6种样品的介电常数及损耗，耐压能力，如图2所示。从图2中可以看出，在有机介电主材料A中加入有机介电材料B后，聚合物复合薄膜的介电常数值和耐压数据都有很明显的提升，且损耗也呈现下降趋势，高介电聚合物复合薄膜具有良好的性能。以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实 施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。
权利要求
1.一种高介电聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括: 将有机介电主材料A与第一溶剂按质量比10:1 2:1充分混合I 4h获得第一浆料； 将有机介电材料B与第二溶剂按质量比1: 2 1: 10充分混合I 4h获得第二浆料； 将所述第一浆料和所述第二浆料按质量比(20:1 5: 1)，充分混合8 10h，获得第三浆料； 将所述第三浆料真空容器中静置熟化2 4h，以便潜溶剂被有机复合材料充分吸收，获得凝I父态闻介电有机复合材料。
将所述的凝胶态高介电有机复合材料通过加热挤出、冷却骤冷、双向拉膜、热定型，获得高介电聚合物复合薄膜。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述有机介电主材料A为聚醚砜、聚醚醚酮或聚偏氟乙烯。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述有机介电材料B为多省并醌、氰乙基聚乙烯醇或含氰乙基的聚合物。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述第一溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、氯仿、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯或四甲基脲。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述第二溶剂为丙酮、异丙醇、无水乙醇、二甲基亚砜、氯仿、四氢呋喃、N-甲基`吡咯烷酮、磷酸三乙酯或四甲基脲。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于:对于第三浆料，真空抽气泡处理并静置熟化2 4h，以便潜溶剂被有机复合材料充分吸收并驱除浆料中气泡。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于:混合方式包括球磨、超声分散、磁力搅拌、机械搅拌等。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热挤出温度为160-250°C，冷却骤冷温度为0-70°C、冷却速率为速率10-40°C /min，双向拉伸强度为20-110MP，热定型温度为150。。。
全文摘要
本发明实施例公开了一种高介电聚合物复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括将主材料A与一定量的第一溶剂充分混合，获得第一浆料；将具有高介电常数、低损耗的有机介电材料B与一定量的第二溶剂混合分散，获得第二浆料；将第一浆料和第二浆料充分混合后，获得第三浆料；真空容器中静置熟化第三浆料，获得混合均匀的凝胶态高介电有机复合材料；将凝胶态复合材料加入到挤出机中，加热挤出，待熔膜挤出后通过冷却辊骤冷，再将挤出冷却膜通过拉伸成膜机双向拉伸，最后通过150℃热定型后，制得高介电聚合物复合薄膜。该薄膜具有高介电常数值、高击穿电压值和低介电损耗值。
文档编号C08L29/04GK103242660SQ20131019906
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月27日 优先权日2013年5月27日
发明者刘江萍, 陈骁, 何流, 王锦梅, 徐晓薇 申请人:刘江萍