本發明涉及電子材料領域，具體涉及一種介電復合材料多層結構及其制備方法。
背景技術：
：介電材料（dielectricmaterial）又稱電介質，是可用于控制存儲電荷及電能的電的絕緣材料，在現代電子及電力系統中具有重要的戰略地位。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的介電材料，要求材料的電阻率高，介電常量大，在整個介電材料中占有很大比重。介電材料也可分為有機和無機兩大類，種類繁多。人們對介電材料的研究最初是從無機壓電陶瓷材料開始的，無機壓電陶瓷材料具有高介電常數和高熱電穩定性，但其脆性大、加工溫度較高。隨著信息和微電子工業的飛速發展對半導體器件微型化、集成化、智能化、高頻化和平面化的應用需求增加，越來越多的電子元件，如介質基板、介質天線、嵌入式薄膜電容等，既要介電材料具備優異的介電性能，又要其具備良好的力學性能和加工性能，因此，單一的無機介電材料已經不能滿足上述要求。而具有高介電性能的復合功能電介質材料可用于制備高儲能密度介質，在脈沖率及電子封裝技術等軍民用領域有著引人矚目的實用前景。近年來，人們通過以聚合物為基體，引入高介電常數或易極化的納米尺度的無機顆粒或者其它有機物形成聚合物基復合介電材料。然而，無機顆粒材料在聚合物體系中易發生團聚，在聚合物中分散不均勻，宏觀上出現相分離現象等缺陷，嚴重影響了復合材料的加工性能和介電性能。因此，無機顆粒材料和聚合物的界面狀態顯得尤為重要。技術實現要素：本發明的目的在于克服現有多層復合介電材料存在的無機介電材料層與聚合物材料層易出現相分離現象，且復合介電材料介電性能差的缺陷，提供一種介電復合材料多層結構及其制備方法；本發明將具有核-殼結構的納米微球作為中間層，聚合物材料作為表面層，得到一種介電復合材料多層結構，該介電復合材料中納米微球層與聚合物材料層相容性好，不會出現相分離現象，且納米微球的特殊結構使介電復合材料多層結構具有介電常數更大，介電損耗更小的優點，促進了介電材料在電子器件中的應用。為了實現上述發明目的，本發明提供了一種介電復合材料多層結構，包括三層結構，以聚合物材料構成的兩個表面層和以納米微球構成的中間層。上述一種介電復合材料多層結構，其中所述的納米微球包括納米無機介電材料形成的核和有機包覆材料形成的殼；具有核-殼結構的納米微球形成了獨立的復合結構單元，在電場的作用下，納米微球之間形成多點感應電場并相互抵消，從而使介電復合材料具有更低的介電損耗和更高的介電常數；同時，納米微球的有機包覆材料外殼與聚合物材料的相容性更好，層間不會出現相分離，進而提高了因結構缺陷導致的擊穿電壓。上述一種介電復合材料多層結構，其中所述的納米微球直徑為50-100nm，微球直徑越小，分散越困難，制備成本越高；微球直徑越大，核-殼結構越不穩定，結構缺陷越大，加工難度增加。上述一種介電復合材料多層結構，其中所述的納米微球中核的半徑與殼的厚度之比為1︰0.4-0.6；殼厚度越大，納米微球的介電性能越差，殼厚度過小，微球結構不穩定，復合材料機械性能降低。上述一種介電復合材料多層結構，其中所述的表面層與中間層的厚度比值為0.4-0.8︰1，在該比值下，多層介電材料的介電常數、介電損耗和加工性能之間的平衡關系最佳，作為介電材料性能最好。上述一種介電復合材料多層結構，其中所述的無機介電材料是指現有的能作為介電材料使用的無機材料，無機介電材料既能賦予復合材料高介電常數；優選的，所述的無機介電材料為鈦酸鈣、鈦酸鎂、鈦酸鋇中的一種或多種。上述一種介電復合材料多層結構，其中所述的聚合物材料是指現有的能作為介電材料使用的聚合物樹脂，聚合物基體材料使復合材料機械性能更加，使用時加工更方便；優選的，所述聚合物材料為聚偏二氟乙烯樹脂、聚偏氟乙烯樹脂中的一種或兩種。上述一種介電復合材料多層結構，其中所述的有機包覆材料是指用于包覆無機介電材料的，能形成納米微球殼層的有機高分子材料；優選的，有機包覆材料的熔點大于聚合物基體材料；有機包覆材料的熔點更高，在進行復合時，納米微球才能保持完整的結構，在聚合物基體材料中獨立的存在，從而賦予介電復合材料更好的電性能；進一步優選的，所述有機包覆材料為聚酰胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、環氧樹脂中的一種或多種。上述一種介電復合材料，優選的，所述聚合物材料表面層還包括助劑，所述助劑包括增塑劑、防霉劑、防老化劑、增韌劑、偶聯劑、抗靜電劑中的一種或多種。一種介電復合材料多層結構，含有以納米無機介電材料為核和以有機包覆材料為殼的納米微球構成的中間層，利用納米微球核-殼結構形成的獨立的復合結構單元，使納米微球在電場的作用下形成多點感應電場并相互抵消，從而使介電復合材料具有更低的介電損耗和更高的介電常數，同時，有機包覆材料的外殼與聚合物材料表面層相容性更好，不會出現相分離，進而提高了因結構缺陷導致的擊穿電壓；該介電復合材料多層結構介電常數大，介電損耗小，本發明促進了介電材料在電子器件中的應用。為了實現上述發明目的，進一步的，本發明提供了一種介電復合材料多層結構的制備方法，包括以下步驟：（1）納米微球的制備：將納米無機介電材料用有機包覆材料進行包覆處理，得到以納米無機介電材料為核、以有機包覆材料為殼的納米微球；（2）表面層的制備：將聚合物材料經熱成型工藝制成均勻厚度的聚合物材料板；（3）多層復合：將步驟1得到的納米微球均勻鋪設在2層聚合物材料板之間，進行熱壓處理，使納米微球的有機包覆材料與聚合物材料粘結在一起，得到介電復合材料多層結構。上述一種介電復合材料多層結構的制備方法，其中步驟1所述的包覆處理包括聚合化學反應法、自組裝高分子法中的一種；采用上述方法能更好的將無機介電材料與有機包覆材料結合在一起，形成結構穩定，粒徑均勻，性能優異的納米微球。一種介電復合材料多層結構的制備方法，先將納米無機介電材料通過機包覆材料的包覆處理，得到納米微球，再將其與制備得到的聚合物材料板進行熱壓粘結，從而得到具有高介電系數，低介電損耗，高擊穿電壓的介電復合材料多層結構，本發明方法簡單、穩定、可靠，適合介電復合材料的大規模、工業化生產。與現有技術相比，本發明的有益效果：1、本發明介電復合材料多層結構含有納米微球層，利用納米微球核-殼結構形成的獨立的復合結構單元，使納米微球在電場的作用下形成多點感應電場并相互抵消，從而使介電復合材料多層結構具有更低的介電損耗和更高的介電常數，有利于介電復合材料在電容材料中的應用。2、本發明介電復合材料多層結構含有的納米微球以有機包覆材料為殼，與聚合物材料相容性好，不會出現相分離現象，從而使介電復合材料多層結構的擊穿電壓更大，有利于介電復合材料在高頻高電壓條件中的應用。3、本發明介電復合材料多層結構的制備方法簡單、穩定、可靠，適合介電復合材料的大規模、工業化生產。具體實施方式下面結合試驗例及具體實施方式對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
發明內容所實現的技術均屬于本發明的范圍。實施例1（1）納米微球的制備：將粒徑為50nm左右的鈦酸鋇顆粒用聚酰胺單體采用聚合化學反應法進行包覆處理，得到以鈦酸鋇為核、以聚酰胺為殼的直徑為70nm左右納米微球；（2）表面層的制備：將聚偏氟乙烯樹脂經熱成型工藝制成厚度為0.4mm的聚偏氟乙烯板；（3）多層復合：在2層聚偏氟乙烯板之間鋪設1mm后的納米微球，在180-220℃的溫度下進行熱壓處理，使納米微球的聚酰胺與聚偏氟乙烯粘結在一起，得到厚度為1.8mm的介電復合材料多層結構。實施例2（1）納米微球的制備：將粒徑為30nm左右的鈦酸鈣顆粒用聚碳酸酯單體采用聚合化學反應法進行包覆處理，得到以鈦酸鈣為核、以聚碳酸酯為殼的直徑為50nm左右納米微球；（2）表面層的制備：將聚偏二氟乙烯樹脂經熱成型工藝制成厚度為0.8mm的聚偏二氟乙烯板；（3）多層復合：在2層聚偏二氟乙烯板之間鋪設1mm后的納米微球，在160-200℃的溫度下進行熱壓處理，使納米微球的聚碳酸酯與聚偏二氟乙烯粘結在一起，得到厚度為2.6mm的介電復合材料多層結構。實施例3（1）納米微球的制備：將粒徑為60nm左右的鈦酸鎂顆粒用環氧樹脂單體采用自組裝高分子法進行包覆處理，得到以鈦酸鎂為核、以環氧樹脂為殼的直徑為100nm左右納米微球；（2）表面層的制備：將聚偏氟乙烯樹脂經熱成型工藝制成厚度為1mm的聚偏氟乙烯板；（3）多層復合：在2層聚偏氟乙烯板之間鋪設2mm后的納米微球，在180-220℃的溫度下進行熱壓處理，使納米微球的環氧樹脂與聚偏氟乙烯粘結在一起，得到厚度為3.0mm的介電復合材料多層結構。對比例1（1）表面層的制備：將聚偏氟乙烯樹脂經熱成型工藝制成厚度為0.4mm的聚偏氟乙烯板；（2）多層復合：在2層聚偏氟乙烯板之間鋪設1mm后的粒徑為50nm左右的鈦酸鋇顆粒，在180-220℃的溫度下進行熱壓處理，使鈦酸鋇顆粒在聚偏氟乙烯的作用下粘結在一起，得到厚度為1.8mm的介電復合材料多層結構。對比例2對比例3（1）將粒徑為50nm左右的鈦酸鋇顆粒與硅烷偶聯劑、聚酰胺混合研磨得混合料；（2）將聚偏氟乙烯樹脂經熱成型工藝制成厚度為0.5mm的聚偏氟乙烯板；（3）在2層聚偏氟乙烯板之間鋪設1mm后的混合料，在180-220℃的溫度下進行熱壓處理，使混合料的聚酰胺與聚偏氟乙烯粘結在一起，得到厚度為2.0mm的介電復合材料多層結構。將上述實施例1-3和對比例1-2中所制備得到的介電復合材料多層結構進行性能檢測（25℃，1KHz），記錄實驗結果，記錄數據如下：編號介電常數介電損耗（%）體積電阻率（Ω.cm）實施例1360.03≥1015實施例2350.03≥1015實施例3390.03≥1015對比例1120.07≥1016對比例3150.07≥1016對上述實驗數據分析可知，實施例1-3中采用本發明技術方案制備得到的復合介電材料介電常數大、介電損耗小，體積電阻率大。對比例1-2中，中間層不是具有獨立結構單元的納米微球，其電化學性能均明顯差于實施例1-3，本發明技術方案有利于介電復合材料在電容材料中的應用。當前第1頁1 2 3