[發明專利]一種一維四方相鈦酸鉛單晶納米纖維/聚偏氟乙烯復合薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 201410055997.0
• 申請日: 2014-02-19
• 公開（公告）號: CN103880298A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 韓高榮;虞婷婷;任召輝;尹思敏;楊鑫;李翔;徐剛;沈鴿
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C03C17/34
• 分類號: C03C17/34;C30B29/62;C30B29/32
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及一維四方相鈦酸鉛單晶納米纖維/聚偏氟乙烯復合薄膜的制備方法，屬于無機非金屬材料和納米復合材料領域。

背景技術

鈣鈦礦型鈦酸鉛由于具有豐富的物理性能，比如優異的鐵電、壓電、介電性能，在高介電電容器、壓電傳感器、熱釋電敏感器和非揮發性鐵電存儲器等電子器件領域有著廣泛的應用。聚偏氟乙烯是目前廣泛應用的柔性鐵電材料，具有密度小、化學性能穩定、易加工、機械強度高和聲阻抗低等優點，同時也存在著介電損耗高、不易極化和使用溫度低等缺點。因此，研究開發聚偏氟乙烯/壓電陶瓷復合材料作為一種新型的復合材料能夠克服各自的不足，具有高壓電性、高介電性、強的柔韌性、低密度、易加工等特點，可在經濟和軍事等諸多領域代替壓電陶瓷材料的應用，具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單，過程易于控制的一維四方相鈦酸鉛單晶納米纖維/聚偏氟乙烯復合薄膜的制備方法。

本發明的一維四方相鈦酸鉛單晶納米纖維/聚偏氟乙烯復合薄膜的制備方法，包括以下工藝步驟：

1）將鈦酸四丁酯溶于乙二醇甲醚中，配成濃度為0.51mol/L的鈦酸四丁酯溶液；

2）攪拌狀態下，向步驟1）制得的鈦酸四丁酯溶液中滴入質量濃度為30%的氨水溶液，使鈦酸四丁酯水解沉淀，經過濾，洗滌，獲得鈦沉淀；

3）將硝酸鉛溶于去離子水，形成硝酸鉛水溶液，調節?Pb²⁺離子濃度為0.55mol/L；

4）將氫氧化鉀、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇分別溶于去離子水，配置濃度為0.5mol/L?的氫氧化鉀水溶液、濃度為2g/L?的聚乙烯吡咯烷酮水溶液和濃度為2g/L?的聚乙烯醇水溶液；

5）將以上制得的硝酸鉛水溶液、氫氧化鉀水溶液、聚乙烯醇水溶液和聚乙烯吡咯烷酮水溶液按體積比1：1：1：0.05-0.8以及Ti沉淀加入到聚四氟乙烯的反應釜內膽中，用去離子水調節其體積達到反應釜內膽容積的80%，攪拌至少10-30min，得到懸濁液；

6）將步驟5）配置有反應物料的反應釜內膽置于反應釜中，密封，在180-200^oC溫度下進行水熱反應8-12h后，置于空氣中自然降溫至室溫，取出反應物，過濾，依次用去離子水和無水乙醇清洗反應產物，烘干；

7）將步驟6）制得的反應產物在馬弗爐中650^oC溫度下煅燒10-30min，得到一維四方相鈦酸鉛單晶納米纖維；

8）將聚偏氟乙烯粉末攪拌溶解于二甲基甲酰胺中；

9）將步驟7）制得的一維四方相鈦酸鉛單晶納米纖維超聲波震蕩溶解于二甲基甲酰胺中，一維四方相鈦酸鉛單晶納米纖維與步驟8）聚偏氟乙烯粉末的質量比為5%-30%；

10）將步驟8）制得的溶液和步驟9）制得的溶液相混合，攪拌30-60min；

11）將步驟10）所得的混合溶液旋涂在ITO玻璃上進行制膜；

12）將步驟11）制得的復合薄膜在60-90℃下烘干，得到一維四方相鈦酸鉛單晶納米纖維/聚偏氟乙烯復合薄膜。

本發明中，所采用的鈦酸四丁酯、乙二醇甲醚、硝酸鉛、氫氧化鉀、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和二甲基甲酰胺的純度均不低于化學純。

上述步驟11）所述的旋涂轉速可為1500-3000轉/分。

本發明制備的一維四方相鈦酸鉛單晶納米纖維/聚偏氟乙烯復合薄膜，其一維四方相鈦酸鉛單晶納米纖維均勻地分布在聚偏氟乙烯基底中，該復合薄膜的厚度為1.5-4.0μm。

本發明工藝過程簡單，易于控制，無污染，成本低，易于大規模生產；制得的一維四方相鈦酸鉛單晶納米纖維長徑比大，在復合薄膜中分散均勻；制得的一維四方相鈦酸鉛單晶納米纖維/聚偏氟乙烯復合薄膜均勻度高，介電性能良好。

附圖說明

圖1是一維四方相鈦酸鉛單晶納米纖維/聚偏氟乙烯復合薄膜的XRD圖譜；

圖2是一維四方相鈦酸鉛單晶納米纖維/聚偏氟乙烯復合薄膜的SEM圖片；

圖3是一維四方相鈦酸鉛單晶納米纖維/聚偏氟乙烯復合薄膜在室溫下，介電常數與頻率的關系圖；

圖4是一維四方相鈦酸鉛單晶納米纖維/聚偏氟乙烯復合薄膜在室溫下，介電損耗與頻率的關系圖。

具體實施方式

以下結合實施例對本發明方法作進一步詳細說明。

實施例1

1）將1.736g鈦酸四丁酯溶于10ml乙二醇甲醚中，得到鈦酸四丁酯溶液；