一种复合介电材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种复合介电材料、制备方法及应用，属于复合材料技术领域。一种复合介电材料，制备原料包括改性无机纳米颗粒和聚乙二醇酯；其中改性无机纳米颗粒，是以小分子改性的磷钨酸基纳米颗粒；小分子为至少带有一个碳碳双键的有机盐。由于磷钨酸基纳米颗粒本身带有负电荷，因此，静电排斥作用避免了上述磷钨酸基纳米颗粒的团聚，因此不会形成大颗粒沉淀，进而避免了相分离的发生。

【技术实现步骤摘要】
一种复合介电材料、制备方法及应用
本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种复合介电材料、制备方法及应用。
技术介绍
由聚合物和无机纳米材料形成的复合材料(简称聚合物-无机纳米复合材料)，性能优异，已在介电材料
和气体分离
取得了广泛的应用。传统的聚合物-无机纳米复合材料中，聚合物和无机纳米材料间通过共价键连接，例如无机纳米材料表面的羟基和聚合物基体的羧基发生酯化反应，形成酯键。上述方法虽可合成用于介电材料结束领域的聚合物-无机纳米复合材料，但是合成过程中，会出现无机纳米材料和聚合物之间的相分离等问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种复合介电材料，其中无机纳米颗粒中包括磷钨酸基纳米颗粒，由于磷钨酸基纳米颗粒本身带有负电荷，因此，静电排斥作用避免了上述磷钨酸基纳米颗粒的团聚，因此不会形成大颗粒沉淀，进而避免了相分离的发生。本专利技术还提出一种上述复合介电材料的制备方法。本专利技术还提出一种上述复合介电材料在介电材料领域的应用。根据本专利技术的一个方面，提出了一种复合介电材料，制备原料包括改性无机纳米颗粒和聚乙二醇酯；所述改性无机纳米颗粒，是以小分子改性的磷钨酸基纳米颗粒；所述小分子为至少带有一个碳碳双键的有机盐。根据本专利技术的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：(1)传统复合介电材料的合成过程中，常出现相分离的问题，若提升复合介电材料中无机纳米颗粒的添加量，则上述问题就会越发严重(无机纳米颗粒之间的团聚现象更严重)；相分离问题会影响复合介电材料的介电性能、气体透过性能、力学性能，甚至内部、表面结构的稳定性；本专利技术提供的复合介电材料中，无机部分为磷钨酸基纳米颗粒，其本身带有负电荷，因此纳米颗粒之间会产生静电斥力，进而维持胶体(磷钨酸基纳米颗粒为胶粒)分散的稳定；因此可提升所述磷钨酸基纳米颗粒的含量上限，同时解决了上述相分离的问题，进而提升了材料的综合性能。(2)本专利技术采用的小分子为有机盐，因此小分子和磷钨酸基纳米颗粒反应后，两者之间通过离子键连接，机械性能更好，介电常数高，介电损耗低。在本专利技术的一些实施方式中，所述复合介电材料，在≤90℃温度时下为透明固体。在本专利技术的一些实施方式中，所述小分子为至少带有一个碳碳双键的季胺盐。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述小分子为以下所示结构式中的至少一种：在本专利技术的一些实施方式中，所述磷钨酸基纳米颗粒，为磷钨酸和磷钨酸盐中的至少一种。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述磷钨酸基纳米颗粒，为磷钨酸。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述磷钨酸粒径约为1nm。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述磷钨酸，分子式为H3(PW12O40)，即每个纳米颗粒包括一个磷钨酸分子，因此粒径较为统一，约为1nm。在本专利技术的一些实施方式中，所述聚乙二醇酯，至少包括一个碳碳双键。在本专利技术的一些实施方式中，所述聚乙二醇酯，为聚乙二醇马来酸酐酯、烯丙基聚乙二醇酯、聚乙二醇丙烯酸酯、烯丁基聚乙二醇酯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯和异烯丙基聚乙二醇酯中的至少一种。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述聚乙二醇酯，为聚乙二醇甲基丙烯酸酯。在本专利技术的一些实施方式中，所述聚乙二醇酯，分子量为300～4000。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述聚乙二醇酯，分子量约为360。由于所述改性无机纳米颗粒(包括所述小分子的碳碳双键)和所述聚乙二醇酯之间均含有至少一个碳碳双键，因此在后续反应中，小分子和聚乙二醇酯之间，可以通过简单的分子间缠绕结合，还可以通过聚合反应结合，并形成的网状结构，这种网状结构进一步提升了所述复合介电材料的机械性能；且所述聚乙二醇酯的分子量较小，因此可以和所述改性无机纳米颗粒(其上包括的小分子)，形成嵌段聚合物，这进一步提升了所述复合介电材料中，磷钨酸基纳米颗粒的分散均匀性，提升了复合介电材料的综合性能。根据本专利技术的再一个方面，提出了所述复合介电材料的制备方法，包括以下步骤：S1.以所述小分子改性所述磷钨酸基纳米颗粒，得改性无机纳米颗粒；S2.将所述改性无机纳米颗粒和所述聚乙二醇酯混合，并引发聚合，即所述复合介电材料。根据本专利技术的一种优选的实施方式的制备方法，至少具有以下有益效果：本专利技术所提供的复合介电材料的制备方法，只需要将改性无机纳米颗粒和聚乙二醇酯在同一体系中混合、引发聚合即可，工艺简便易行，适宜于大规模生产。在本专利技术的一些实施方式中，所述制备方法，还可以包括在步骤S1前，合成、购买所述小分子。在本专利技术的一些实施方式中，所述小分子，合成方法为，将含有碳碳双键和氨基的化合物与卤代烷发生反应，产物中包括碳碳双键的季胺盐即为所述小分子中的一种。在本专利技术的一些实施方式中，所述小分子，在有机溶剂中搅拌合成。在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述改性，具体方法为：将包含有所述磷钨酸基纳米颗粒的悬浊液和包含有所述小分子的溶液进行常温混合。在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述引发聚合，在有机溶剂中进行。在本专利技术的一些实施方式中，所述有机溶剂为乙腈(MeCN)、四氢呋喃(THF)、二甲基亚砜(DMSO)和二甲基甲酰胺(DMF)中的至少一种。在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述引发聚合，为化学引发聚合。在本专利技术的一些实施方式中，所述化学引发聚合的引发剂为偶氮二异丁腈。在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述引发聚合，温度为60℃～80℃。在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述引发聚合，反应时间为4h～8h。在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述改性无机纳米颗粒与所述聚乙二醇酯的物质的量之比为1：(10～100)。在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2在模型中完成，因此可直接形成具有具体形状的介电材料，并不需要额外的成型处理。根据本专利技术的再一个方面，提出了所述复合介电材料在介电材料领域的应用。在本专利技术的一些实施方式中，所述介电材料领域，为柔性介电材料领域。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述介电材料领域，为柔性电容器
和电线终端保护层
中的至少一种。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明，其中：图1为本专利技术实施例1步骤S1的合成路线；图2为本专利技术实施例1步骤S2的合成路线；图3为本专利技术实施例1步骤S3的合成路线；图4为本专利技术实施例1所得复合介电材料的结构示意图；图5为本专利技术实施例5所用小分子的结构示意图；图6为本专利技术实施例1～4所得复合介电材料的广角x射线散射曲线图；图7为本专利技术实施例1～4所得复合介电材料的应力-应变曲线图；图8为本专利技术实施例1～4所得复合介电材料的介电常数测试结果图；图9为本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合介电材料，其特征在于，制备原料包括改性无机纳米颗粒和聚乙二醇酯；/n所述改性无机纳米颗粒，是以小分子改性的磷钨酸基纳米颗粒；/n所述小分子为至少带有一个碳碳双键的有机盐。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合介电材料，其特征在于，制备原料包括改性无机纳米颗粒和聚乙二醇酯；
所述改性无机纳米颗粒，是以小分子改性的磷钨酸基纳米颗粒；
所述小分子为至少带有一个碳碳双键的有机盐。


2.根据权利要求1所述的复合介电材料，其特征在于，所述小分子为至少带有一个碳碳双键的季铵盐；优选的，所述小分子为以下所示结构式中的至少一种：








3.根据权利要求1所述的复合介电材料，其特征在于，所述磷钨酸基纳米颗粒，为磷钨酸和磷钨酸盐中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的复合介电材料，其特征在于，所述聚乙二醇酯，至少包括一个碳碳双键。


5.根据权利要求4所述的复合介电材料，其特征在于，所述聚乙二醇酯，为聚乙二醇马来酸酐酯、烯丙基聚乙二醇酯、聚乙二醇丙烯酸酯、烯丁基聚乙二醇酯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯和异烯丙基聚乙二醇酯中的至少一种；优选的，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奕丹，殷盼超，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44