[发明专利]一种一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维/聚偏氟乙烯复合薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维/聚偏氟乙烯复合薄膜的制备方法，属于无机非金属材料和纳米复合材料领域。

背景技术

钙钛矿型钛酸铅由于具有丰富的物理性能，比如优异的铁电、压电、介电性能，在高介电电容器、压电传感器、热释电敏感器和非挥发性铁电存储器等电子器件领域有着广泛的应用。聚偏氟乙烯是目前广泛应用的柔性铁电材料，具有密度小、化学性能稳定、易加工、机械强度高和声阻抗低等优点，同时也存在着介电损耗高、不易极化和使用温度低等缺点。因此，研究开发聚偏氟乙烯/压电陶瓷复合材料作为一种新型的复合材料能够克服各自的不足，具有高压电性、高介电性、强的柔韧性、低密度、易加工等特点，可在经济和军事等诸多领域代替压电陶瓷材料的应用，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单，过程易于控制的一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维/聚偏氟乙烯复合薄膜的制备方法。

本发明的一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维/聚偏氟乙烯复合薄膜的制备方法，包括以下工艺步骤：

1）将钛酸四丁酯溶于乙二醇甲醚中，配成浓度为0.51mol/L的钛酸四丁酯溶液；

2）搅拌状态下，向步骤1）制得的钛酸四丁酯溶液中滴入质量浓度为30%的氨水溶液，使钛酸四丁酯水解沉淀，经过滤，洗涤，获得钛沉淀；

3）将硝酸铅溶于去离子水，形成硝酸铅水溶液，调节 Pb²⁺离子浓度为0.55mol/L；

4）将氢氧化钾、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇分别溶于去离子水，配置浓度为0.5mol/L 的氢氧化钾水溶液、浓度为2g/L 的聚乙烯吡咯烷酮水溶液和浓度为2g/L 的聚乙烯醇水溶液；

5）将以上制得的硝酸铅水溶液、氢氧化钾水溶液、聚乙烯醇水溶液和聚乙烯吡咯烷酮水溶液按体积比1：1：1：0.05-0.8以及Ti沉淀加入到聚四氟乙烯的反应釜内胆中，用去离子水调节其体积达到反应釜内胆容积的80%，搅拌至少10-30min，得到悬浊液；

6）将步骤5）配置有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在180-200^oC温度下进行水热反应8-12h后，置于空气中自然降温至室温，取出反应物，过滤，依次用去离子水和无水乙醇清洗反应产物，烘干；

7）将步骤6）制得的反应产物在马弗炉中650^oC温度下煅烧10-30min，得到一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维；

8）将聚偏氟乙烯粉末搅拌溶解于二甲基甲酰胺中；

9）将步骤7）制得的一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维超声波震荡溶解于二甲基甲酰胺中，一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维与步骤8）聚偏氟乙烯粉末的质量比为5%-30%；

10）将步骤8）制得的溶液和步骤9）制得的溶液相混合，搅拌30-60min；

11）将步骤10）所得的混合溶液旋涂在ITO玻璃上进行制膜；

12）将步骤11）制得的复合薄膜在60-90℃下烘干，得到一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维/聚偏氟乙烯复合薄膜。

本发明中，所采用的钛酸四丁酯、乙二醇甲醚、硝酸铅、氢氧化钾、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和二甲基甲酰胺的纯度均不低于化学纯。

上述步骤11）所述的旋涂转速可为1500-3000转/分。

本发明制备的一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维/聚偏氟乙烯复合薄膜，其一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维均匀地分布在聚偏氟乙烯基底中，该复合薄膜的厚度为1.5-4.0μm。

本发明工艺过程简单，易于控制，无污染，成本低，易于大规模生产；制得的一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维长径比大，在复合薄膜中分散均匀；制得的一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维/聚偏氟乙烯复合薄膜均匀度高，介电性能良好。

附图说明

图1是一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维/聚偏氟乙烯复合薄膜的XRD图谱；

图2是一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维/聚偏氟乙烯复合薄膜的SEM图片；

图3是一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维/聚偏氟乙烯复合薄膜在室温下，介电常数与频率的关系图；

图4是一维四方相钛酸铅单晶纳米纤维/聚偏氟乙烯复合薄膜在室温下，介电损耗与频率的关系图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明方法作进一步详细说明。

实施例1

1）将1.736g钛酸四丁酯溶于10ml乙二醇甲醚中，得到钛酸四丁酯溶液；