專利名稱：含有碳納米管類流體的高介電復合材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高介電復合材料，尤其涉及一種含有碳納米管類流體的高介電復 合材料。
背景技術：
具有高介電常數(shù)的新型介電材料在信息技術、微電子、電力工程、國防科技等領域 具有重要的應用前景。傳統(tǒng)的介電材料，如鐵電陶瓷和某些半導電性有機固體，雖然介電常 數(shù)高，但非常脆，而且工藝復雜，成本很高。傳統(tǒng)的高分子材料盡管具有很多優(yōu)點，但介電 常數(shù)<10，難以實用。利用有機-無機復合技術，在聚合物基體中填充陶瓷、金屬粉末或其 他粒子等也能夠制備高介電材料，其中碳納米管CNF及其衍生物作為新興的填料已有成功 的例子。例如，CN1432598A中碳納米管/聚偏氟乙烯/鈦酸鋇體系的介電常數(shù)大于450， CN200810018851. 3中的功能化碳納米管/聚偏氟乙烯薄膜材料介電常數(shù)達到1000，但是 前者由于碳納米管難于分散的特點、物相相容性不太理想，后者由于使用溶劑超聲分散法， 制備時間長，環(huán)保性不佳，而且只能制備較薄的薄膜材料，使用會受到限制。碳納米管類流體(Carbon Nanotube Fluids, CNTFs)是2007年報道的一類新型 納米功能材料，其制備方法為將碳納米管與濃硫酸/濃硝酸的混合物中進行超聲或者加 熱回流反應，得到表面含有羥基、羧基等功能團的氧化碳納米管(o-CNTs)，再將得到的氧化 碳納米管(o-CNTs)與長鏈有機物(如3-(三甲氧基硅丙基)二甲基十八烷基氯化銨、烷基 叔胺聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚(10)硫酸鈉等)進行接枝反應，洗滌干燥后得到無溶劑 碳納米管類流體。由于在碳納米管表面接枝有機層，因此，CNTFs具有良好的分散性和相容 性，更重要的是它具有無溶劑條件下類似液體流變行為(G’ ’ >G’)，因此加工性能極佳，是理 想的高介電復合材料組分。
發(fā)明內容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術的不足，提供了一種含有碳納米管類流體的高介電復合材 料，該材料介電常數(shù)高(250以上)、易加工、物相相容性好。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為
一種含有碳納米管類流體的高介電復合材料，以體積比計包括碳納米管類流體 CNTFs 10%-70% 和鋯鈦酸鉛 PZT 30-90% 進一步，所述CNTFs外徑為1(T60 nm，長度為0. 5 5 μ m，PZT的粒度為0.廣5 μ m?！N含有碳納米管類流體的高介電復合材料的制備工藝，包括以下步驟
a、配料按上述配比取外徑為1(T60nm的0. 01-0. 25克碳納米管類流體和粒 度為0. 1 5 μ m的1克PZT粉末；
b、共混將碳納米管類流體、PZT按上述比例混合、攪拌均勻；
c、將混合均勻的粉末放在壓片機上，室溫、0°C/2 15MI^條件下，時間為15 25 min，保壓成型，得到所需的二元CNTFs/ PZT高介電復合材料。
本發(fā)明的積極效果為
本發(fā)明所得復合材料柔性好、介電常數(shù)高、物相相容性好，因為加入的CNTFs是改進型 的CNT材料，在CNT表面接枝有機層，大大提高了分散性和相容性。本發(fā)明易加工、應用廣泛，因為加入的CNTFs具有無溶劑條件下類似液體流變行 為(G’，>G’)，加工性能極佳，可直接用熱壓法壓制成型，大大縮短了制備時間，而且通過選 擇不同碳納米管類流體和調節(jié)添加組分的相對含量，可明顯改變該材料的介電常數(shù)和柔韌 性，可分別滿足不同的場合需要。
圖1為碳納米管類流體III的透射電鏡形貌圖。圖2為實施例一所得復合材料的介電常數(shù)隨頻率變化圖。圖3為實施例二所得復合材料的介電常數(shù)隨頻率變化圖。圖4為實施例三所得復合材料的介電常數(shù)隨頻率變化圖。
具體實施例方式原料的預制將碳納米管與濃硫酸/濃硝酸的混合物中進行超聲或者加熱回流反 應，得到表面含有羥基、羧基等功能團的氧化碳納米管(o-CNTs)，再將得到的氧化碳納米管 (o-CNTs)分別與長鏈有機物3-(三甲氧基硅丙基)二甲基十八烷基氯化銨和壬基酚聚氧乙 烯醚(10)硫酸鈉在50-100°C下進行接枝反應4l4h，洗滌干燥后得到無溶劑的碳納米管類 流體I和II ；同樣用上述方法在o-CNTs上先后接枝烷基叔胺聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯 醚(10)硫酸鈉各一層，制得碳納米管類流體III，其透射電鏡形貌圖如圖1所示。本發(fā)明的含有碳納米管類流體的高介電復合材料，以體積比計包括碳納米管類 流體CNTFs 10%-70%和鋯鈦酸鉛PZT 30_90%，其制備工藝如下
a、配料按上述配比取外徑為1(T60 nm的0. 01-0. 25克碳納米管類流體和粒度為 0. 1 5 μ m的1克PZT粉末；
b、共混將碳納米管類流體和PZT粉末按上述比例混合、攪拌均勻； C、將混合均勻的粉末放在壓片機上，室溫、0°C /2 15MI^條件下，時間為15 25 min，保壓成型，得到所需的二元CNTFs/ PZT高介電復合材料。下面結合實施例和附圖予以進一步說明 實施例一
取1 g PZT分別和不同重量的碳納米管類流體I (0.04 g,0. 06 g，0.08g，0. 10 g， 0. 13g，0. 16 g，0.185 g)研磨混合20 min，在壓片機上壓制成型，壓片條件為10 MPa/60 。C /20 min，制得一系列含有碳納米管類流體的高介電復合材料的樣品，測其介電常數(shù)隨頻 率的變化曲線如圖2所示。實施例二
取1 g PZT分別和不同重量碳納米管類流體II (0.06 g,0. 08 g，0. 10 g)研磨混合20 min，在壓片機上壓制成型，壓片條件為10 MPa/60 °C/20 min，制得一系列含有碳納米管類 流體的高介電復合材料的樣品，測其介電常數(shù)隨頻率的變化曲線如圖3所示。實施例三取1 g PZT分別和不同重量碳納米管類流體111(0. 015 g,0. 02 g,0. 04 g，0. 11 g， 0. 18g)研磨混合20 min，在壓片機上壓制成型，壓片條件為15 MPa/50 °C /20 min,分別 制得一系列含有碳納米管類流體的高介電復合材料的樣品，測其介電常數(shù)隨頻率的變化 曲線如圖4所示。 綜上所述，顯然，由各實施例及其對應附圖可知，本發(fā)明介電常數(shù)高，均在250以 上，而且通過選擇不同的碳納米管類流體和調節(jié)添加組分的相對含量，可明顯改變該材料 的介電常數(shù)和柔韌性，可分別滿足不同的場合需要，具有廣泛的應用前景。
權利要求
1.一種含有碳納米管類流體的高介電復合材料，其特征在于以體積比計包括碳納 米管類流體CNTFs 10%-70%和鋯鈦酸鉛PZT 30-90%
2.如權利要求1所述的含有碳納米管類流體的高介電復合材料，其特征在于所述 CNTFs外徑為10 60 nm,長度為0. 5 5 μ m, PZT的粒度為0. 1 5 μ m。
3.如權利要求1或2所述的含有碳納米管類流體的高介電復合材料的制備工藝，其特 征在于，包括以下步驟a、配料按上述配比取外徑為1(T60 nm的0. 01-0. 25克碳納米管類流體和粒度為 0. 1 5 μ m的1克PZT粉末；b、共混將碳納米管類流體、PZT按上述比例混合、攪拌均勻； C、將混合均勻的粉末放在壓片機上，室溫、0°C/ 2 15MI^條件下，時間為15 25 min，保壓成型，得到所需的二元CNTFs/ PZT高介電復合材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種含有碳納米管類流體的高介電復合材料,以體積比計包括碳納米管類流體CNTFs10%-70%和鋯鈦酸鉛PZT30-90%，所述CNTFs外徑為10~60nm，長度為0.5~5μm，PZT的粒度為0.1~5μm，經配料、共混、熱壓成型。本發(fā)明所得復合材料柔性好、介電常數(shù)高、物相相容性好，因為加入的CNTFs是在CNT材料表面接枝有機層，提高了分散性和相容性；本發(fā)明易加工，加入的CNTFs具有無溶劑條件下類似液體流變行為，可直接用熱壓法壓制成型，縮短了制備時間；通過選擇不同CNTFs和調節(jié)添加組分的相對含量，可明顯改變該材料的介電常數(shù)和柔韌性，可分別滿足不同的場合需要。
文檔編號H01B19/00GK102081990SQ201010606638
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權日2010年12月27日
發(fā)明者王要令, 趙振新, 雷佑安 申請人:河南城建學院