CN107868397B - 一种具有弱负介电常数的复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属复合材料技术领域，特别涉及一种具有弱负介电常数的复合材料及其制备方法。本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种工艺简便、制造成本低并适合工业化生产的制备方法，获得具有弱负介电、低频散的复合材料。本发明是通过以下方式实现的:一种具有弱负介电常数的复合材料，以环氧树脂为基体，石墨烯作为功能体，采用机械球磨和热压成型工艺，制备出石墨烯/环氧树脂复合材料。

Description

一种具有弱负介电常数的复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属复合材料技术领域，特别涉及一种具有弱负介电常数的复合材料及其制备方法。
背景技术
介电常数ε和磁导率μ是表征材料电磁性能的两个基本物理参数。当介电常数和磁导率均为负值时，材料将表现出许多新颖的电磁性能，如逆多普勒效应、逆契伦科夫效应及负折射效应等，这些独特的性能使得材料在新型谐振器、微带天线、磁共振成像及无线电力传输等领域具有重要应用前景。
目前，对于双负性质的实现途径主要分为两种。一种是通过构造周期性结构阵列，利用谐振获得负的电磁性能。另一种是利用材料本征特性，通过调控材料物相组成、微观结构及外加电场来获得。阵列型双负材料的性能主要与结构单元的尺寸及排列方式有关，而与材料自身的物相组成和微观形貌无关，是一种有别于传统材料的人工电磁介质。由于其加工成本昂贵、制造困难且应用频段特定，因此限制了阵列型双负材料的应用。本征双负材料可调控性强、制备简便、应用频段宽，近年来成为新的研究热点。研究表明，通过在陶瓷相或聚合物中添加磁性金属颗粒，可以获得负介电常数和负磁导率。由于负磁导率主要通过磁性材料的磁共振进行实现，因此负磁导率的数值一般较小。另一方面，由于金属中自由电子浓度较高，使得材料的负介电常数绝对值太大，难以与磁导率数值匹配，从而造成阻抗匹配性较差，制约着其在微波吸收、电磁波衰减等领域上应用。
因此，如果能够获得具有弱负介电常数的材料，能够与负磁导率数值匹配，对于双负材料的制备、应用与发展具有重要的推动作用。
研究表明，材料中载流子浓度对材料的负介电性质产生重要影响。当载流子达到一定高的浓度时，材料会获得负的介电常数；如果载流子浓度过高，介电常数数值会很大。石墨烯是由单层碳原子紧密堆积形成的蜂窝状晶格结构的二维碳材料，具有优异的力、电、热、光性能，表现出独特的量子隧道效应、量子霍尔效应和巨磁阻效应。本发明以石墨烯为新的功能体，制备出具有弱的负介电常数的复合材料，在通讯、微波吸收及无线电力传输等应用领域，具有重要的研究价值和广阔的市场前景。。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种工艺简便、制造成本低并适合工业化生产的制备方法，获得具有弱负介电、低频散的复合材料。
本发明是通过以下方式实现的:
一种具有弱负介电常数的复合材料，以环氧树脂为基体，石墨烯作为功能体，采用机械球磨和热压成型工艺，制备出石墨烯/环氧树脂复合材料。具体工艺如下：（1）按照石墨烯/环氧树脂不同质量比，称量相应质量的粉体。（2）球磨。将称量好的上述粉体，放入球磨罐中，在室温下进行高能球磨。球磨时间为10小时，转速为300转/分钟。（3）过筛。将球磨好的粉体经研磨后过300目备用。（4）成型。将过筛后的混合粉体加适量PVA粘结剂，搅拌均匀后，放入模具中成型。成型压力为30 MPa，成型温度为120℃，压制成15mm×15mm的样品，用于介电性能测试。相对于现有技术成果，本发明有如下优点：（1）性能可调控性好。通过改变组分配比和工艺参数，可以有效实现复合材料介电性能的调控。（2）具有弱负介电、低频散的特性。相比于传统的金属基复合材料，石墨烯复合材料能够显著降低介电常数的数值，获得好的阻抗匹配，可以应用在电磁波吸收与屏蔽领域。（3）工艺简便，制造成本低，可以实现产品的批量化生产，具有很好的市场化前景。
具体实施方式
下面给出本发明的几个最佳实施例：实施例1（1）按照石墨烯和环氧树脂质量比为8:92，称量所需的粉体质量。（2）将上述粉体混合均匀，在行星式球磨机上进行高能球磨10小时。（3）将球磨后的粉体，过300目筛备用。（4）将过筛后的混合粉体加适量PVA粘结剂，搅拌均匀后放入模具中，进行热压成型。其中，成型压力为30 MPa，成型温度为120℃。（5）采用上述工艺制得的复合材料在100 MHz~1 GHz频段内，介电常数数值保持在-6左右。
实施例2（1）按照石墨烯和环氧树脂质量比为6:94，称量所需的粉体质量。（2）将上述粉体混合均匀，在行星式球磨机上进行高能球磨10小时。（3）将球磨后的粉体，过300目筛备用。（4）将过筛后的混合粉体加适量PVA粘结剂，搅拌均匀后放入模具中，进行热压成型。其中，成型压力为30 MPa，成型温度为120℃。（5）采用上述工艺制得的复合材料在50~200KHz频段内，介电常数数值保持在-8左右。
实施例3（1）以石墨烯为电功能体、钇铁石榴石为磁功能体、环氧树脂为基体，按照质量比为10:50:40，称量所需粉体的质量。（2）将上述粉体混合均匀，在行星式球磨机上进行高能球磨10小时。（3）将球磨后的粉体，过300目筛备用。（4）将过筛后的混合粉体加适量PVA粘结剂，搅拌均匀后放入模具中，进行热压成型。其中，成型压力为30 MPa，成型温度为120℃。（5）采用上述原料和工艺可以制得具有负介电常数和负磁导率的复合材料，实现双负性质。

Claims (1)

1.一种具有弱负介电常数的复合材料，其特征在于，以环氧树脂为基体，石墨烯作为功能体，采用机械球磨和热压成型工艺，制备出石墨烯/环氧树脂复合材料；具体工艺如下：
(1)按照石墨烯/环氧树脂质量比为8：92或者6：94，称量相应质量的粉体；
(2)球磨：将称量好的上述粉体，放入球磨罐中，在室温下进行高能球磨，球磨时间为10小时，转速为300转/分钟；
(3)过筛：将球磨好的粉体经研磨后过300目备用；
(4)成型：将过筛后的混合粉体加适量PVA粘结剂，搅拌均匀后，放入模具中成型，成型压力为30MPa，成型温度为120℃。
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