一种高介电性能低损耗片状钛酸钡基/聚合物复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多功能复合材料制备领域，特别是涉及一种高介电性能低损耗片状钛酸钡基/聚合物复合材料。
【背景技术】
[0002]在IC无源器件中，由于电容器占据了印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)绝大部分的体积和重量，提高它的储能密度就显得尤为重要，与此相应的储能介质材料也向高介、高频、低功耗、低成本方向发展。
[0003]近年来，制备高储能密度的电介质材料成为人们关注的焦点，而如何制备同时具有高介电常数(ε r = 25-170)、低损耗(tg δ〈0.05)、柔性好、与有机基板相兼容等综合性能优越的新型电子材料成为近年来该研究领域的一个热点，利用其优越的介电和力学性能设计开发的电容器、微驱动器、人工肌肉和器官、智能材料及微电子机械等器件，可以广泛应用于航空航天及微电子等领域。
[0004]与BaT13基的纳米颗粒和纤维相比，具有片状结构的BaT13基铁电材料，位于a-b面内具有较强的自发极化，沿c方向自发极化很小甚至为0，介电性能更为优越。如果将片状结构的铁电材料填充到聚合物基体中，形成均匀有序分布的铁电/聚合物复合材料结构，将充分发挥铁电材料的优越性能，对复合材料的介电性能将会出现新的改变，从而可以很大程度上弥补由球状颗粒所引起的缺憾。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种高介电常数、较高柔韧性、低损耗的片状钛酸钡基/聚合物复合材料。
[0006]为达上述目的，本发明一种高介电性能低损耗片状钛酸钡基/聚合物复合材料，其包括聚合物基体和分散在所述聚合物基体中的具有片状结构的陶瓷铁电材料，并且所述片状铁电材料与所述聚合物基体有以下质量百分比组成:
[0007]所述聚合物基体:30.0wt.%?95.0wt.%
[0008]所述片状的陶瓷铁电材料: 5.0wt.%?70.0wt.%
[0009]其中所述的具有片状结构的陶瓷铁电材料的长度10nm?15 μ m，宽度10nm?15 μ m, W-1S-1Onm ?5 μ m。
[0010]其中所述片状结构的陶瓷铁电材料有任意一种或两种材料构成:BaTi03、BaxSr^xT13,其中0〈χ〈1 ;所述聚合物基体有下述任意一种或两种材料构成:聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯共聚物、环氧树脂和聚乙烯。
[0011]其中所述钛酸钡/聚合物复合材料通过溶液共混-热压法或溶液共混-旋涂法制得。
[0012]作为一种优选的制备方法，具体步骤如下:
[0013]I)按照质量比23:100，称取T1JPBi 203原料，其中Bi2O3过量5%?15wt%，同时加入1102和Bi 203两者质量之和的NaCl或KCl置于尼龙球磨罐中球磨混料(300r/min)，加入氧化锆球和无水乙醇或去离子水球磨20?24小时，其中氧化锆球与球磨料的质量比为1.2?1.5 ;无水乙醇或去离子水与球磨料的质量比为1.5?3.0,出料烘干获得混合粉料；烧结后加入去离子水，软化后，用去离子水清洗3-5次，最终获得片状结构的Bi4Ti3O12;
[0014]2)将I)中获得的片状Bi4Ti3O1A BaCO 3按照质量比91:100称取原料，同时加入814113012与BaCO 3两者质量之和的NaCl或KCl置于尼龙球磨罐中混料(100r/min);烧结，洗涤后获得片状BaT13粉体；
[0015]3)将所述片状BaT13放入双氧水中，在80?120°C下搅拌3h，离心、洗涤，得到界面羟基化的片状BaT13;
[0016]4)将界面羟基化的片状BaT13粉体放入无水乙醇溶液中，采用超声波震荡和磁力搅拌将其分散形成稳定的悬浮液；
[0017]5)向4)中的悬浮液中加入所述聚合物基体中，超声和磁力搅拌使其均匀混合；
[0018]6)将5)中获得的混合液在干燥箱中烘干后，放入热压模具中，在温度为150?180°C，压力5?lOMPa，时间20分钟热压成型，得到所述复合材料。
[0019]本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果:
[0020]本发明片状结构的铁电材料具有一定的长径比，相比于颗粒状的铁电粉体，能够在更低的含量下有效提高复合材料的介电常数，从而可以具有较高的柔韧性。
[0021]下面结合附图对本发明作进一步说明。
【附图说明】
[0022]图1为本发明片状结构BaT13结构的XRD图谱；
[0023]图2为本发明片状结构BaT13结构的SEM图谱；
[0024]图3为本发明片状结构BaT13/聚偏氟乙烯复合材料的介电常数随组分的变化曲线.
[0025]图4为本发明片状结构BaT13/聚偏氟乙烯复合材料的介电损耗随组分的变化曲线.
[0026]图5、片状BaT13/聚酰亚胺复合材料的介电常数和介电损耗随组分的变化曲线。
【具体实施方式】
[0027]以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0028]实施例1
[0029]制备纯PVDF材料
[0030]首先称取20ml的酒精置于干净的烧杯中，然后加入2g聚偏氟乙烯(PVDF)，超声Ih后，利用磁力搅拌24h，将获得的混合溶液置入干燥箱中，温度为100°C，烘干后获得纯PVDF粉末；
[0031]其次，称取上述所获得纯PVDF粉末0.03g，放入热压磨具中，温度170°C下保温20分钟，施加压力5MPa，自然冷却后获得厚度为120 μ m的纯PVDF材料。
[0032]纯PVDF的介电常数和介电损耗如图3、4所示，其介电常数约为16，介电损耗>5%。
[0033]制备片状BaT13
[0034]首先，称取3.6099g 的 T12,15.6601g 的 Bi2O3和 19.27g 的 NaCl，放入到球磨罐中，加入150ml无水乙醇和70g错球,放入球磨机中球磨混料24h,转速为300r/min,球磨烘干后放入刚玉坩埚中，升温曲线如下:室温升至805°C后保温lh，升温速率3°C/min，然后由805°C升至1000°C后保温2h，升温速率2°C/min ;烧结后加入适量的去离子水，软化后，用去离子水清洗3-5次，最终获得片状结构的Bi4Ti3O12;
[0035]其次，称取9.0125g 片状 Bi4Ti3O12,9.8873g 的 BaCO3和 18.8998g 的 NaCl，用球磨机混料8?12h，球磨转速100r/min ;球磨烘干后放入刚玉坩埚中，升温曲线如下:室温升至805°C后保温Ih，升温速率3°C /min，然后由805°C升至970°C后保温2h，升温速率2°C /min ;烧结后样品加入适量的去离子水，软化后，添加浓盐酸或浓硝酸洗掉Bi2O3，然后用去离子水冲洗数遍，至洗液中滴入AgNO3无沉淀生成，获得片状BaT1 3结