[發明專利]一維核殼結構的鈦酸鋇@氮化硼復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 201811030660.9
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN108946797B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 劉少輝;王嬌;丁俊;郝好山;趙利敏;程澤宇
• 申請（專利權）人: 河南工程學院
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;C01B21/064
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張紹琳;王紅培

本發明提供了一種一維核殼結構的鈦酸鋇@氮化硼復合材料及制備方法，采用微波水熱法進行材料制備，制備的產物具有良好的核殼結構一維形貌，殼層為氮化硼，芯層為鈦酸鋇，芯層直徑為50?150 nm，殼層厚度為20?200nm，復合材料的長度2?6μm，殼層厚度可控。本發明一維核殼結構的鈦酸鋇@氮化硼復合材料可以在較小填充量下形成導熱網絡，同時芯層高介電性能的鈦酸鋇可以為復合材料提供較高的介電常數，而殼層的氮化硼材料具有良好的熱導率一方面可以提高復合材料的散熱情況，同時氮化硼材料具有良好的耐擊穿性能，可以使復合材料在較高的電場下工作。

技術領域

本發明涉及復合材料制備技術領域，尤其是涉及一種一維核殼結構的鈦酸鋇@氮化硼復合材料及制備方法。

背景技術

隨著脈沖功率技術的發展，擁有高儲能密度、高轉換效率的儲能電容器在脈沖功率系統中越來越備受關注，目前研究最多的高儲能電容器材料包括高介電鐵電陶瓷材料、玻璃陶瓷、聚合物材料等，BaTiO₃基鐵電陶瓷具有較高的介電常數，但耐擊穿場強低，而聚偏氟乙烯(PVDF)材料具有良好的柔韌性、擊穿場強高、質量輕等優點，但介電常數較低（通常小于10），因此兩者的儲能能力都受到了限制。因而研究者提出了制備有機無機復合材料來改善材料的儲能特性，一般采用將陶瓷相高介電常數填料添加到聚合物基體中，盡管復合材料的儲能性能有一定的提高，但并且陶瓷相在聚合物中分布的不均勻，又造成了材料的不穩定性，同時復合材料內部產生大量的熱量，難以擴散，導致復合材料難以長時間穩定運行，因而制備高導熱、高儲能密度復合材料收到人們的廣泛關注。

填料的種類嚴重影響聚合物納米復合材料的熱導率，其中氮化硼材料不僅具有高導熱性能、高強度、低吸濕率、高電擊穿強度、良好的抗氧化性能，而且其介電常數和介電損耗也非常低，與聚合物基體較為接近，在現階段是制備良好的絕緣性能、導熱性能和力學性能材料的較理想填料。同時當導熱填料的添充量達到一定量時，填料與填料之間或填料聚集區與另一聚集區之間會相互接觸，在復合材料體系中形成局部的導熱鏈或導熱網絡，而在低添加量下實現導熱網絡的形成。

發明內容

本發明提供了一種一維核殼結構的鈦酸鋇@氮化硼復合材料及制備方法，采用微波水熱法進行材料制備，制備的產物具有良好的核殼結構一維形貌，殼層為氮化硼，芯層為鈦酸鋇，芯層直徑為50-150 nm，殼層厚度為20-200nm，復合材料的尺寸2-6μm，殼層厚度可控，該方法具有簡單易行、成本低、方便快速、可規模化生產等優點。

實現本發明的技術方案是：一種一維核殼結構的鈦酸鋇@氮化硼復合材料，鈦酸鋇@氮化硼復合材料采用微波水熱法制備，制備的產物具有一維核殼結構形貌，殼層為氮化硼，芯層為鈦酸鋇，芯層直徑為50-150 nm，殼層厚度為20-200nm，鈦酸鋇@氮化硼復合材料的尺寸2-6μm。

采用微波水熱法法制備出一維鈦酸鋇材料，之后再利用水熱法制備具有一維核殼結構的鈦酸鋇@氮化硼復合材料。

一維核殼結構的鈦酸鋇@氮化硼復合材料的制備方法，步驟如下：

（1）一維鈦酸鋇納米材料：將氫氧化鋇、氫氧化鈉、氫氧化鉀、檸檬酸鈉、一維二氧化鈦材料加入到到酒精與水的混合溶劑中，將混合液加入到聚四氟乙烯內襯中，之后進行微波水熱反應，反應結束后取出樣品，隨即將所得的樣品采用去離子水和酒精清洗2-3次，在70-100℃條件下干燥6-9h；

（2）將三聚氰胺和硼酸溶解到水中，將步驟（1）的一維鈦酸鋇納米材料加入到三聚氰胺和硼酸的水溶液中，進行微波水熱反應，反應結束后取出樣品，隨即將所得的樣品采用去離子水和酒精清洗2-3次，在50-70℃條件下干燥5-8h，得到一維核殼結構的鈦酸鋇@氮化硼復合材料。

所述步驟（1）中氫氧化鋇、氫氧化鈉、氫氧化鉀、檸檬酸鈉和一維二氧化鈦材料的質量比為1：（1-1.5）：（1-1.5）：（1-2）：（2-3）。