本發(fā)明涉及電子材料領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：介電材料（dielectricmaterial）又稱電介質(zhì)，是可用于控制存儲(chǔ)電荷及電能的電的絕緣材料，在現(xiàn)代電子及電力系統(tǒng)中具有重要的戰(zhàn)略地位。介電材料主要包括電容器介電材料和微波介電材料兩大體系。其中用作電容器介質(zhì)的介電材料，要求材料的電阻率高，介電常量大，在整個(gè)介電材料中占有很大比重。介電材料也可分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類，種類繁多。人們對(duì)介電材料的研究最初是從無(wú)機(jī)壓電陶瓷材料開(kāi)始的，無(wú)機(jī)壓電陶瓷材料具有高介電常數(shù)和高熱電穩(wěn)定性，但其脆性大、加工溫度較高。隨著信息和微電子工業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)半導(dǎo)體器件微型化、集成化、智能化、高頻化和平面化的應(yīng)用需求增加，越來(lái)越多的電子元件，如介質(zhì)基板、介質(zhì)天線、嵌入式薄膜電容等，既要介電材料具備優(yōu)異的介電性能，又要其具備良好的力學(xué)性能和加工性能，因此，單一的無(wú)機(jī)介電材料已經(jīng)不能滿足上述要求。而具有高介電性能的復(fù)合功能電介質(zhì)材料可用于制備高儲(chǔ)能密度介質(zhì)，在脈沖率及電子封裝技術(shù)等軍民用領(lǐng)域有著引人矚目的實(shí)用前景。近年來(lái)，人們通過(guò)以聚合物為基體，引入高介電常數(shù)或易極化的納米尺度的無(wú)機(jī)顆?；蛘咂渌鼰o(wú)機(jī)物形成聚合物基復(fù)合介電材料。然而，通過(guò)簡(jiǎn)單的混合而成的聚合物基復(fù)合介電材料在電化學(xué)性能上雖然有了一定的提高，也克服了部分缺陷，但仍然難以滿足電子行業(yè)對(duì)電子材料越來(lái)越高的性能要求，因此，深入研發(fā)更高性能的聚合物基復(fù)合介電材料依然是今后電子材料發(fā)展的方向。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有聚合物基復(fù)合介電材料存在的介電系數(shù)低、工作溫度低的缺陷，提供一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料及其制備方法；本發(fā)明利用高分子的交聯(lián)和有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化的原理，使其具有介電常數(shù)大，工作溫度高的優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)了介電材料在高溫環(huán)境中工作的電子器件上的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料，包括以下重量份原材料制備而成：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份的馬來(lái)酸酐，0.1-0.5份的納米鈦酸鋇，0.5-2份的納米碳化硅，0.5-1份的納米氧化銅，1-3份的偶聯(lián)劑，1-5份的交聯(lián)劑。一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料，利用多種有機(jī)物的相互交聯(lián)聚合，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐高溫的高分子三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中雜化不同納米氧化物，鈦酸鋇-碳化硅-氧化銅三者形成一個(gè)獨(dú)立循環(huán)體，對(duì)電場(chǎng)的屏蔽作用增強(qiáng)，介電常數(shù)增大；同時(shí)，三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使聚合物熔點(diǎn)增加，其工作溫度更高；該復(fù)合介電材料使用范圍更大，有利于電子行業(yè)的發(fā)展。優(yōu)選的，其中所述的聚偏二氟乙烯聚合度為20-50，聚合度太大，分子鏈太長(zhǎng)，形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定差，復(fù)合材料熔點(diǎn)降低；聚合度太小，分子鏈太短，不利于納米材料的雜化和嵌入，納米材料分散不規(guī)則，可能產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，產(chǎn)品性能降低。優(yōu)選的，其中所述的聚乙烯醇聚合度為50-80，聚合度太大，分子鏈太長(zhǎng)，形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定差，復(fù)合材料熔點(diǎn)降低；聚合度太小，分子鏈太短，不利于納米材料的雜化和嵌入，納米材料分散不規(guī)則，可能產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，產(chǎn)品性能降低。優(yōu)選的，其中所述的聚乙酰胺聚合度為40-80，聚合度太大，分子鏈太長(zhǎng)，形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定差，復(fù)合材料熔點(diǎn)降低；聚合度太小，分子鏈太短，不利于納米材料的雜化和嵌入，納米材料分散不規(guī)則，可能產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，產(chǎn)品性能降低。優(yōu)選的，其中所述的納米鈦酸鋇的粒徑為20-60納米，粒徑太大，不利于納米材料的在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的雜化和嵌入，納米材料分散不規(guī)則，可能產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，產(chǎn)品性能降低，粒徑太小，分散困難，容易團(tuán)聚。優(yōu)選的，其中所述的納米碳化硅的粒徑為20-60納米，粒徑太大，不利于納米材料的在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的雜化和嵌入，納米材料分散不規(guī)則，可能產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，產(chǎn)品性能降低，粒徑太小，分散困難，容易團(tuán)聚。優(yōu)選的，其中所述的納米氧化銅的粒徑為20-50納米，粒徑太大，不利于納米材料的在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的雜化和嵌入，納米材料分散不規(guī)則，可能產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，產(chǎn)品性能降低，粒徑太小，分散困難，容易團(tuán)聚。優(yōu)選的，其中所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑對(duì)納米材料的偶聯(lián)效果最好。優(yōu)選的，所述一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料，包括以下重量份原材料制備而成：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份的馬來(lái)酸酐，0.1-0.3份的納米鈦酸鋇，0.5-1份的納米碳化硅，0.8-1份的納米氧化銅，1-2份的偶聯(lián)劑、2-3份的交聯(lián)劑。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，進(jìn)一步的，本發(fā)明提供了一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：（1）將聚乙烯醇用水溶解形成第一溶液，將納米鈦酸鋇、納米碳化硅、納米氧化銅分散在第一溶液中形成第二溶液液；（2）將步驟1得到的第二溶液與馬來(lái)酸酐、偶聯(lián)劑進(jìn)行酯化、偶聯(lián)反應(yīng)，得聚馬來(lái)酸-乙烯醇酯雜化混合物；（3）將步驟2得到的聚馬來(lái)酸-乙烯醇酯雜化混合物與聚偏二氟乙烯，聚乙酰胺，交聯(lián)劑混合后進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，得有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料。一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料的制備方法，先將納米材料通過(guò)聚乙烯醇均勻分散開(kāi)，再利用酯化反應(yīng)和偶聯(lián)劑將合成的酯與納米材料偶聯(lián)，形成聚馬來(lái)酸-乙烯醇酯雜化混合物，從而使納米材料均勻規(guī)則的排列分散在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，不會(huì)團(tuán)聚，并形成鈦酸鋇-碳化硅-氧化銅獨(dú)立循環(huán)體，對(duì)電場(chǎng)的屏蔽作用增強(qiáng)，介電常數(shù)增大；最后通過(guò)與其它高分子材料的交聯(lián)，形成了具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料，使聚合物熔點(diǎn)增加，其工作溫度更高；該有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料的制備方法簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠，適合有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料的大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)。優(yōu)選的，所述酯化反應(yīng)溫度為150-180℃，反應(yīng)溫度過(guò)高，反應(yīng)劇烈，控制困難，反應(yīng)溫度過(guò)低，反應(yīng)速度慢，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。優(yōu)選的，所述酯化反應(yīng)時(shí)間為2-5h，反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率低，反應(yīng)時(shí)間過(guò)短，反應(yīng)不完全，產(chǎn)品性能降低。優(yōu)選的，所述交聯(lián)反應(yīng)溫度為230-250℃，交聯(lián)溫度過(guò)高，交聯(lián)過(guò)渡，形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不規(guī)則，產(chǎn)品性能降低，交聯(lián)溫度過(guò)低，反應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。優(yōu)選的，所述交聯(lián)反應(yīng)的時(shí)間為1-3h，反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率低，反應(yīng)時(shí)間過(guò)短，反應(yīng)不完全，產(chǎn)品性能降低。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料含有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和鈦酸鋇-碳化硅-氧化銅獨(dú)立循環(huán)體，具有更高的熔點(diǎn)和對(duì)電場(chǎng)更好的屏蔽作用，具有高工作溫度和高介電常數(shù)。2、本發(fā)明有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料的制備方法先通過(guò)酯化和雜化，再利用交聯(lián)，將納米材料均分散在三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系中，并行成鈦酸鋇-碳化硅-氧化銅獨(dú)立循環(huán)體系結(jié)構(gòu)，從而增加了復(fù)合材料的熔點(diǎn)和介電常數(shù)。3、本發(fā)明有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料的制備方法簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠，適合有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料的大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1（1）將10重量份的聚合度為50的聚乙烯醇用20重量份的水溶解形成第一溶液，將0.3重量份的納米鈦酸鋇、1重量份的納米碳化硅、0.8重量份的納米氧化銅分散在第一溶液中形成第二溶液液；（2）將步驟1得到的第二溶液與3重量份的馬來(lái)酸酐、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑在180℃的條件下進(jìn)行酯化、偶聯(lián)反應(yīng)5h，得聚馬來(lái)酸-乙烯醇酯雜化混合物；（3）將步驟2得到的聚馬來(lái)酸-乙烯醇酯雜化混合物與20重量份的聚合度為20的聚偏二氟乙烯，10重量份的聚合度為40的聚乙酰胺，2重量份的交聯(lián)劑混合后在240℃的溫度下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)3h，得有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料。實(shí)施例2（1）將5重量份聚合度為80的的聚乙烯醇用10重量份的水溶解形成第一溶液，將0.1重量份的納米鈦酸鋇、0.5重量份的納米碳化硅、1重量份的納米氧化銅分散在第一溶液中形成第二溶液液；（2）將步驟1得到的第二溶液與2重量份的馬來(lái)酸酐、1重量份的偶聯(lián)劑在150℃的溫度下進(jìn)行酯化、偶聯(lián)反應(yīng)2h，得聚馬來(lái)酸-乙烯醇酯雜化混合物；（3）將步驟2得到的聚馬來(lái)酸-乙烯醇酯雜化混合物與15重量份的聚合度為40的聚偏二氟乙烯，10重量份的聚合度為80的聚乙酰胺，3重量份的交聯(lián)劑混合后在250℃的溫度下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)1h，得有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料。實(shí)施例3（1）將0.1重量份的納米鈦酸鋇、2重量份的納米碳化硅、0.5重量份的納米氧化銅分散在5重量份的聚乙烯醇中形成溶液；（2）將步驟1得到的溶液與5重量份的馬來(lái)酸酐、1重量份的偶聯(lián)劑進(jìn)行酯化、偶聯(lián)反應(yīng)，得聚馬來(lái)酸-乙烯醇酯雜化混合物；（3）將步驟2得到的聚馬來(lái)酸-乙烯醇酯雜化混合物與30重量份的聚偏二氟乙烯，15重量份的聚乙酰胺，1重量份的交聯(lián)劑混合后進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，得有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料。實(shí)施例4（1）將0.1重量份的納米鈦酸鋇、1重量份的納米碳化硅、0.5重量份的納米氧化銅分散在15重量份的聚乙烯醇中形成溶液；（2）將步驟1得到的溶液與2重量份的馬來(lái)酸酐、3重量份的偶聯(lián)劑進(jìn)行酯化、偶聯(lián)反應(yīng)，得聚馬來(lái)酸-乙烯醇酯雜化混合物；（3）將步驟2得到的聚馬來(lái)酸-乙烯醇酯雜化混合物與10重量份的聚偏二氟乙烯，15重量份的聚乙酰胺，1重量份的交聯(lián)劑混合后進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，得有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料。對(duì)比例1（1）將10重量份的聚合度為50的聚乙烯醇用20重量份的水溶解形成第一溶液，將0.3重量份的納米鈦酸鋇、1重量份的納米碳化硅分散在第一溶液中形成第二溶液液；（2）將步驟1得到的第二溶液與3重量份的馬來(lái)酸酐、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑在180℃的條件下進(jìn)行酯化、偶聯(lián)反應(yīng)5h，得聚馬來(lái)酸-乙烯醇酯雜化混合物；（3）將步驟2得到的聚馬來(lái)酸-乙烯醇酯雜化混合物與20重量份的聚合度為20的聚偏二氟乙烯，10重量份的聚合度為40的聚乙酰胺，2重量份的交聯(lián)劑混合后在240℃的溫度下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)3h，得有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料。對(duì)比例2（1）將10重量份的聚合度為50的聚乙烯醇用20重量份的水溶解形成第一溶液，將0.3重量份的納米鈦酸鋇、1重量份的納米碳化硅、0.8重量份的納米氧化銅分散在第一溶液中形成第二溶液液；（2）將步驟1得到的第二溶液與3重量份的馬來(lái)酸酐、2重量份的硅烷偶聯(lián)劑在180℃的條件下進(jìn)行酯化、偶聯(lián)反應(yīng)5h，得聚馬來(lái)酸-乙烯醇酯雜化混合物；（3）將步驟2得到的聚馬來(lái)酸-乙烯醇酯雜化混合物與20重量份的聚合度為20的聚偏二氟乙烯，2重量份的交聯(lián)劑混合后在240℃的溫度下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)3h，得有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料。對(duì)比例3（1）將10重量份的聚合度為50的聚乙烯醇用20重量份的水溶解形成第一溶液，將0.3重量份的納米鈦酸鋇、1重量份的納米碳化硅、0.8重量份的納米氧化銅分散在第一溶液中形成第二溶液液；（2）將步驟1得到的第二溶液與2重量份的硅烷偶聯(lián)劑在180℃的條件下進(jìn)行活化反應(yīng)5h，得活化混合物；（3）將步驟2得到的活化混合物與20重量份的聚合度為20的聚偏二氟乙烯，10重量份的聚合度為40的聚乙酰胺，2重量份的交聯(lián)劑混合后在240℃的溫度下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)3h，得介電復(fù)合材料。將上述實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-3中所制備得到的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介電復(fù)合材料進(jìn)行性能檢測(cè)（25℃，10KHz），記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，記錄數(shù)據(jù)如下：編號(hào)介電常數(shù)最高使用溫度（℃）實(shí)施例142260實(shí)施例241260實(shí)施例339260實(shí)施例440255對(duì)比例123250對(duì)比例225180對(duì)比例327190對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，實(shí)施例1-4中采用本發(fā)明技術(shù)方案制備得到的高溫復(fù)合介電材料介電常數(shù)大、最大使用溫度高；同時(shí)，對(duì)比所有實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-3可知，納米材料對(duì)復(fù)合材料的介電常數(shù)其主要影響作用，對(duì)比例1中少用一種納米材料，不能形成鈦酸鋇-碳化硅-氧化銅獨(dú)立循環(huán)體系結(jié)構(gòu)，對(duì)電場(chǎng)的屏蔽作用顯著減弱，其介電常數(shù)顯著降低；有機(jī)物對(duì)復(fù)合材料的使用溫度和介電常數(shù)都有影響，對(duì)比例2中沒(méi)有使用聚乙酰胺，既不能形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也不能形成鈦酸鋇-碳化硅-氧化銅獨(dú)立循環(huán)體系結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料的使用溫度和介電常數(shù)都顯著降低；對(duì)比例3中沒(méi)有使用馬來(lái)酸酐，既不能形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也不能形成鈦酸鋇-碳化硅-氧化銅獨(dú)立循環(huán)體系結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料的使用溫度和介電常數(shù)都顯著降低。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3