[發明專利]導電聚苯胺/壓電陶瓷粉復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200710052452.4
• 申請日: 2007-06-12
• 公開（公告）號: CN101067042A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發明（設計）人: 黃志雄;楊國瑞;魏濤;秦巖;梅啟林;石敏先;酈亞銘
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C08L79/02
• 分類號: C08L79/02;C08K3/24;C08G73/02;H01B1/06;H01B1/08;H01B1/12
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明涉及一種導電/壓電復合材料及其制備方法。

技術背景

壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的功能陶瓷材料，它是由若干種不同的氧化物，諸如氧化鋁、氧化鋇、氧化鋯、氧化鈦、氧化鈮、氧化鈉等，按照比例配合，經過成型、高溫固相反應、燒結，最后合成制造出來的。壓電陶瓷的結構是不對稱的，內部存在一定電場，當在陶瓷的某一方向施加機械壓力，則會在特定方向引起極化，相應地使表面之間出現電位差，反之，如在一定方向施加電場，陶瓷也會發生一定形變和位移。

導電高分子材料也稱導電聚合物，具有明顯的聚合物特征，如果在材料兩端加上一定的電壓，材料中即有電流通過，即具有導電體的性質，同時具有以上兩個性質的材料稱為導電高分子材料。典型的導電高分子材料有：聚苯胺(PANI)、聚噻吩(PTH)、聚乙炔(PA)、聚吡咯(PPy)等，它們自身可提供載流子，具有共軛π鍵結構，經過化學或電化學“摻雜”，電導率大幅度提高。其中聚苯胺由于其原料廉價易得，制備方法簡單，導電性能優良且穩定性好，因而成為導電高分子材料中最具有應用前景的品種之一。但是其分子鏈具有很有很強的共軛性，使其成為一種難熔、難溶的聚合物，加工性能較差。

導電/壓電復合材料是一種應用前景寬廣的功能復合材料，當復合材料中的壓電相受到外部機械力的作用后，產生的電荷通過其周圍的導電相傳導轉化為熱能。目前常見的方法是將極少量碳黑粒子作為導電相加入到復合材料體系中，但這種方法存在的不足之處是不能使碳黑粒子完全分布于每一個壓電陶瓷顆粒周圍，大部分壓電陶瓷顆粒可能并沒有發揮相應的效用，即電能向熱能的轉換率不高。

發明內容

本發明的目的是提供一種加工性能好、電能向熱能轉換率高的導電聚苯胺/壓電陶瓷粉復合材料及其制備方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：導電聚苯胺/壓電陶瓷粉復合材料，其特征在于它由壓電陶瓷粉、苯胺單體、氧化劑和摻雜酸溶液原料制備而成，各原料所占重量份數為：壓電陶瓷粉50～150、苯胺單體10、氧化劑20～25、摻雜酸溶液500～1000；其中氧化劑選用(NH₄)₂S₂O₈，摻雜酸溶液為1.0ml/L的鹽酸溶液或1.0ml/L的十二烷基苯磺酸(DBSA)溶液。

所述的壓電陶瓷粉為鋯鈦酸鉛(PZT)、鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)、鈦酸鋇(BaTiO₃)、鈦酸鉛(PbTiO₃)或鈮鎂鋯鈦酸鉛(PMN)等壓電陶瓷粉。

所述的壓電陶瓷粉的粒徑為1～10μm。

上述導電聚苯胺/壓電陶瓷粉復合材料的制備方法，用化學氧化原位聚合法在壓電陶瓷粉顆粒表面包覆導電聚苯胺，其特征在于它包括如下步驟：

1)按各原料所占重量份數為：壓電陶瓷粉50～150、苯胺單體10、氧化劑20～25、摻雜酸溶液500～1000選取壓電陶瓷粉、苯胺單體、氧化劑和摻雜酸溶液原料備用，其中氧化劑選用(NH₄)₂S₂O₈，摻雜酸溶液為1.0ml/L的鹽酸溶液或1.0ml/L的十二烷基苯磺酸(DBSA)溶液；

2)將苯胺單體和壓電陶瓷粉加入到3/5～4/5的摻雜酸溶液中，得懸濁液；將該懸濁液置于0℃冰浴中攪拌并輔以超聲分散1～3小時，得超聲分散后的懸濁液；

3)再將氧化劑溶于剩余的摻雜酸溶液中，攪拌均勻后緩緩滴加至前述超聲分散后的懸濁液中，在0.5～1小時內滴加完畢；反應5～24小時后用布氏漏斗對反應液進行抽濾，洗滌沉淀產物，將洗滌后的沉淀產物在50℃條件下抽真空干燥48小時即制備出產品。

本發明的有益效果是：通過化學氧化原位聚合法，將導電聚苯胺包覆于壓電陶瓷顆粒表面，既解決了聚苯胺難以加工的難題，又使得壓電陶瓷顆粒全部發揮效用，即加工性能好、電能向熱能轉換率高。本發明制備方法簡單、易實現。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下而結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。

實施例1：