一种介电凝胶基质的制备方法与流程

1.本发明涉及介电弹性驱动器、电容器技术领域，特别是涉及一种介电凝胶基质的制备方法。


背景技术：

2.如果将某一均匀的电介质作为电容器的介质而置于其两极之间，则由于电介质的极化，将使电容器的电容量比真空为介质时的电容量增加若干倍，这就是物体的介电性质。所以电介质材料被广泛用于控制/存储电荷及电能,在现代电子及电力系统中具有重要的战略地位。传统的介电材料例如铁电陶瓷具有很高的介电常数,但其加工温度高,性脆强，难以加工成薄膜。而聚合物介电材料介电击穿强度高,柔韧性高,加工性能优异,但其介电常数值普遍较低。
3.随着电子设备的发展，对于导体器件的微型化、高频化、智能化、柔韧性的应用需求增加，因此产生了对高弹性的介电薄膜的需求。高弹性介电弹性体在高的场强下具有压缩变形效应，可用于发展新一代电致驱动器。
4.目前的介电薄膜制备技术主要突破以下：
5.一、作为介电薄膜形成用组合物,一直使用例如钛酸钡系组合物或铅系复合钙钛矿系材料等铁电材料，这类的铁电陶瓷往往具有很高的介电常数,但其加工温度高,性脆强，难以加工成薄膜。
6.二、在全球范围内的环保运动不断高涨的情况下,期待开发对环境的负载较小的新颖的介电薄膜形成用组合物。
7.三、当制造包含ba、pb等的介电薄膜形成用组合物时,出于对环保的考虑,需要制造工序中对产生的废液进行处理的特殊设备,这样造成了制造成本大幅度增加，因此也需要开发未包含这些需要特殊处理物质的介电薄膜形成的组合物。


技术实现要素：

8.本发明提供了一种介电凝胶基质的制备方法，解决了现有技术中的技术问题。
9.本发明解决上述技术问题的方案如下：一种介电凝胶基质的制备方法,包括:将具有介电性能、易溶解的有机介电主材料a与一定量的溶剂充分混合搅拌后,获得浆料；将塑性剂与浆料混合搅拌后,获得介电凝胶；将高介电性和机械灵活性的纳米线浆料混合搅拌,静置待气泡消失，获得均匀混合的凝胶态高介电有机复合材料﹔将凝胶态复合材料使用刮涂或旋涂得得方式涂在硅片或石英片上,最后根据不同厚度常温放置不同时间后凝固定型,制得高介电聚合物复合薄膜。
10.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
11.进一步，所述有机介电主材料为聚氯乙烯，分子量优选为5万～10万。
12.进一步，所述有机介电材料的溶剂为四氢呋喃，环己酮，甲酮，二甲基甲酰胺。
13.进一步，所述塑性剂为已二酸二正丁酯(dba)、癸二酸二丁酯(dbs)、邻苯二甲酸二
丁酯(dbp)、己二酸二辛酯(doa)、癸二酸二异辛酯(dos)。
14.进一步，所述高介电纳米线浆料为二氧化硅、六方氮化硼、二氧化硅。
15.进一步，有机介电主材料聚氯乙烯的重量含量约为5％至约10％。
16.进一步，所述稀释剂的重量含量约为40％至约60％。
17.进一步，所属塑性剂的重量含量约为20％至约70％。
18.进一步，热定型温度为室温。
19.本发明的有益效果是：本发明提供了一种介电凝胶基质的制备方法，具有以下优点：
20.本发明实施例公开了一种透明介电凝胶基质的制备方法，其特征在于，包括：将有机材料与定量溶剂混合搅拌，获得一种pvc热塑性聚合物基质凝胶组合物，然后再加入导电材料，搅拌均匀后，获得高介电复合凝胶材料。之后取部分凝胶放在石英片或硅片登光滑表面，使用刮涂或者旋涂的方式涂抹均匀，可制备出不同厚度的介电薄膜，此介电凝胶制备的薄膜具有高介电性、高击穿电压值、低介电损耗值、柔韧性高,易制备、对环境负载小等特点。
21.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
23.图1为实施例中不同组分配比变化(5组)对应的浆料粘度、粒度，以及制备出薄膜的介电常数、杨氏模量、抗拉强度的变化。
具体实施方式
24.以下结合附图1对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
25.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
26.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
27.如图1所示，本发明提供了一种介电凝胶基质的制备方法,包括:将具有介电性能、
易溶解的有机介电主材料a与一定量的溶剂充分混合搅拌后,获得浆料；将塑性剂与浆料混合搅拌后,获得介电凝胶；将高介电性和机械灵活性的纳米线浆料混合搅拌,静置待气泡消失，获得均匀混合的凝胶态高介电有机复合材料﹔将凝胶态复合材料使用刮涂或旋涂得得方式涂在硅片或石英片上,最后根据不同厚度常温放置不同时间后凝固定型,制得高介电聚合物复合薄膜。
28.优选的，所述有机介电主材料为聚氯乙烯，分子量优选为5万～10万。
29.优选的，所述有机介电材料的溶剂为四氢呋喃，环己酮，甲酮，二甲基甲酰胺。
30.优选的，所述塑性剂为已二酸二正丁酯(dba)、癸二酸二丁酯(dbs)、邻苯二甲酸二丁酯(dbp)、己二酸二辛酯(doa)、癸二酸二异辛酯(dos)。
31.优选的，所述高介电纳米线浆料为二氧化硅、六方氮化硼、二氧化硅。
32.优选的，有机介电主材料聚氯乙烯的重量含量约为5％至约10％。
33.优选的，所述稀释剂的重量含量约为40％至约60％。
34.优选的，所属塑性剂的重量含量约为20％至约70％。
35.优选的，热定型温度为室温。
36.本发明的具体实施方式如下：
37.实施例一:
38.1.将烧杯固定在搅拌器上，调整好位置，倒入50ml四氢呋喃；
39.2.搅拌器100r/h，缓慢倒入10g聚氯乙烯，持续搅拌；
40.3.待搅拌均匀透明后，倒入30g塑性剂dbs，持续搅拌；
41.4.再倒入含量为95％的二氧化硅50mg，持续搅拌均匀后结束；
42.5.将制备好的pvcgel溶液6ml倒入直径10cm的玻璃培养皿中；
43.6.放置24h待凝固成薄膜。
44.实施例二:
45.1.将烧杯固定在搅拌器上，调整好位置，倒入50ml四氢呋喃；
46.2.搅拌器100r/h，缓慢倒入10g聚氯乙烯，持续搅拌；
47.3.待搅拌均匀透明后，倒入40g塑性剂dba，持续搅拌；
48.4.再倒入含量为95％的二氧化硅50mg，持续搅拌均匀后结束；
49.5.将制备好的pvcgel溶液6ml倒入直径10cm的玻璃培养皿中；
50.6.放置24h待凝固成薄膜。
51.实施例三:
52.1.将烧杯固定在搅拌器上，调整好位置，倒入50ml四氢呋喃；
53.2.搅拌器100r/h，缓慢倒入10g聚氯乙烯，持续搅拌；
54.3.待搅拌均匀透明后，倒入50g塑性剂dbs，持续搅拌；
55.4.再倒入含量为95％的二氧化硅50mg，持续搅拌均匀后结束；
56.5.将制备好的pvcgel溶液6ml倒入直径10cm的玻璃培养皿中；
57.6.放置24h待凝固成薄膜。
58.实施例四:
59.1.将烧杯固定在搅拌器上，调整好位置，倒入50ml四氢呋喃；
60.2.搅拌器100r/h，缓慢倒入10g聚氯乙烯，持续搅拌；
61.3.待搅拌均匀透明后，倒入40g塑性剂dbs，持续搅拌；
62.4.再倒入微米级的六方氮化硼50mg，持续搅拌均匀后结束；
63.5.将制备好的pvcgel溶液6ml倒入直径10cm的玻璃培养皿中；
64.6.放置24h待凝固成薄膜。
65.实施例五:
66.1.将烧杯固定在搅拌器上，调整好位置，倒入50ml四氢呋喃；
67.2.搅拌器100r/h，缓慢倒入10g聚氯乙烯，持续搅拌；
68.3.待搅拌均匀透明后，倒入40g塑性剂dbs，持续搅拌；
69.4.再倒入微米级的六方氮化硼100mg，持续搅拌均匀后结束；
70.5.将制备好的pvcgel溶液6ml倒入直径10cm的玻璃培养皿中；
71.6.放置24h待凝固成薄膜。
72.本发明实施例公开了一种透明介电凝胶基质的制备方法，其特征在于，包括：将有机材料与定量溶剂混合搅拌，获得一种pvc热塑性聚合物基质凝胶组合物，然后再加入导电材料，搅拌均匀后，获得高介电复合凝胶材料。之后取部分凝胶放在石英片或硅片登光滑表面，使用刮涂或者旋涂的方式涂抹均匀，可制备出不同厚度的介电薄膜，此介电凝胶制备的薄膜具有高介电性、高击穿电压值、低介电损耗值、柔韧性高,易制备、对环境负载小等特点。
73.以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。