[發(fā)明專利]一種鐵酸鉍有機(jī)－無機(jī)復(fù)合材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710116151.7
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN106893236A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬知雨;王海旺;朱婉儀;陳銘蕓;孫含丹;卞嘉莉;吳佳潔;魏新芳;徐宏宇;夏天元;汪玲芳
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)秦皇島分校
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08K3/24;C08F114/22;C01G49/00
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務(wù)所(普通合伙)41131
• 代理人: 張智偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鐵電磁領(lǐng)域，特別涉及一種鐵酸鉍有機(jī)－無機(jī)復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鐵酸鉍，由于在室溫下同時具有鐵電性和反鐵磁性，在鐵電磁存儲器、磁控光學(xué)調(diào)制器、鐵電磁子傳感器、集成光學(xué)、驅(qū)動器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，一直是研究熱點。

雖然對于鐵酸鉍陶瓷材料的研究已經(jīng)較為成熟，但是目前一般制備出的鐵酸鉍薄膜材料分散程度低，鐵酸鉍消耗大，導(dǎo)致漏電流大、電滯回線不飽和，這些不足制約著薄膜的實際應(yīng)用。此外，制備所使用的儀器和制備方法并不適合工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)。因此，人們在通過各種手段改良鐵酸鉍薄膜的制備工藝和性能。

PVDF是氟樹脂中最優(yōu)越的產(chǎn)品，拉伸強(qiáng)度高、沖擊強(qiáng)度好、韌性好、硬度大、耐磨性好，抗蠕變性也是氟樹脂中最優(yōu)之一，PVDF具有突出的抗紫外線和耐氣候老化的特性，其薄膜在室外放置一、二十年也不變脆，不龜裂。

PVDF又稱壓電聚合物。這類材料及其材質(zhì)柔韌、低密度、低阻抗和高壓電電壓常數(shù)等優(yōu)點為世人矚目，且發(fā)展十分迅速，水聲超聲測量、壓力傳感、引燃引爆等方面獲得應(yīng)用。可以預(yù)見，PVDF可以有效保護(hù)鐵電材料的性能不流失，大大降低鐵電材料的消耗和成本，因此研究一種用PVDF為載體的新型鐵酸鉍有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料，顯得尤為必要。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有鐵酸鉍因其分散程度低導(dǎo)致消耗大、性能流失的不足之處，本發(fā)明目的在于提供一種鐵酸鉍有機(jī)－無機(jī)復(fù)合材料及其制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種鐵酸鉍有機(jī)－無機(jī)復(fù)合材料，該復(fù)合材料以納米級鐵酸鉍為核心，鐵酸鉍的核表面鍵合有PVDF。

制備方法，包括以下步驟：

S1、制備納米級鐵酸鉍粉體：

S2、鐵酸鉍與PVDF有機(jī)-無機(jī)復(fù)合：

S2.1、將偏氟乙烯溶解在N-甲基-2吡咯烷酮中，保證溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6~8%；室溫下，在上述體系中通入氧氣與臭氧體積比1∶0.5~1.5的混合氣置換其中的空氣之后，繼續(xù)通氣至少15min；

S2.2、將S1所得納米級鐵酸鉍粉體加入到上述體系中，通入氮氣置換其中的混合氣之后，繼續(xù)通氣10~20 min，紫外光照射下40~80℃恒溫反應(yīng)至少30min；

S2.3、過濾，洗滌，干燥，即得鐵酸鉍有機(jī)－無機(jī)復(fù)合材料。

進(jìn)一步，S2中，按質(zhì)量比計，鐵酸鉍和偏氟乙烯的用量配比為1∶4~6。

S1中，納米級鐵酸鉍粉體可按現(xiàn)有技術(shù)制備，本發(fā)明優(yōu)選采用共沉淀法，其步驟為：

S1.1、取九水合硝酸鐵和五水合硝酸鉍配置成兩者濃度均為0.5~2 mol/L的混合溶液；

S1.2、所得混合溶液滴入與其等體積的10~12mol/L的 KOH溶液中，獲得前驅(qū)液；

S1.3、將前驅(qū)液在180~220℃水熱反應(yīng)16~20h，反應(yīng)結(jié)束后，分離、干燥，即得到納米級鐵酸鉍粉體。

圖1是本發(fā)明鐵酸鉍有機(jī)－無機(jī)復(fù)合材料的制備方法機(jī)理圖。每一個鐵酸鉍粒子為一個核心，數(shù)量眾多的PVDF高分子鏈在紫外光和一定溫度下以一端附著在鐵酸鉍分子的表面，當(dāng)附著分子足夠多時，表面形成密密麻麻的絨毛球狀，可以防止漏電。

有益效果：能夠有效提升鐵酸鉍的分散程度。本發(fā)明的鐵酸鉍有機(jī)－無機(jī)復(fù)合材料，每一個鐵酸鉍粒子為一個核心，數(shù)量眾多的PVDF高分子鏈在紫外光和一定溫度下以一端附著在鐵酸鉍粒子的表面，當(dāng)附著分子足夠多時，表面形成密密麻麻的絨毛球狀，可以防止漏電。本發(fā)明中先利用共沉淀法在高溫下制備出納米級鐵酸鉍粉體，然后與偏氟乙烯在N-甲基-2吡咯烷酮中均勻混合，在紫外光照射下由于鐵酸鉍納米粒子存在大量的表面原子、較高的表面能和在其表面存在大量的懸空鍵，在溶液中很容易吸附 OH-和COO-等離子，同時BiFeO₃納米粒子表面吸附的羥基也易于與羧基反應(yīng)，在紫外作用下單體很容易在BiFeO₃納米粒子表面合成 BiFeO₃@PVDF納米粒子。與當(dāng)前技術(shù)相比，能夠克服過去鐵酸鉍薄膜分散程度不高的問題，節(jié)約鐵酸鉍粉體，提高了效率。本發(fā)明的制備方法，步驟簡單，易操作，制備條件溫和、易控制，效率高。

附圖說明

圖1：本發(fā)明鐵酸鉍有機(jī)－無機(jī)復(fù)合材料的制備方法機(jī)理圖。

圖2：實施例1中不同混合氣通入時間所制備的鐵酸鉍有機(jī)－無機(jī)復(fù)合材料的紅外圖譜。

圖3：實施例2中不同反應(yīng)時間所制備的鐵酸鉍有機(jī)－無機(jī)復(fù)合材料的紅外圖譜。