[发明专利]奇数尼龙高温铁电体的制备方法

说明书

本发明涉及一种高分子铁电、热电、压电和介电材科的制备方法，属于高分子材料物理改性领域。

铁电材料是一类数量十分稀少而又极为重要的功能材料。凡是铁电体一定具有热释电性。压电性和介电反常行为。反之，具有这些性能的材料却不-定具有铁电性。所谓铁电性是指材料在设有外电场对也具有自发极化，而且自发极化能随外电场的方向反转而反转的性能。

高分子铁电材料更为稀少，直到80年代末期，只有聚偏二氟乙烯及其共聚物等少数几种聚合物才被证明是铁电体。早在70年代，人们就认为奇数尼龙(如尼龙11、尼龙9和尼龙7等)在理论上应具有优良的铁电性，但由于尼龙结构的复杂性，长期没有得到实验证明，直到1991年美国罗格斯大学的一个研究小组经过十多年的努力，首次在尼龙11中观察到了典型的铁电滞回曲线，明确提出熔融淬火，室温拉伸的尼龙11是铁电体〔J·W·Lee,Y·Takase,B·A·Newman,J·I·Schienbeim,Jounal of Polymer Science,Part B,Vol29 273～277,279～286(1991)〕，报导的尼龙11的矫顽场强E_c为65MV/m，在电场为0时的剩余极化强度P_r为56mc/m²，在矫顽场强E_c处的极化电流峰值为3.6mA/m²。不足之处是他们认为未经拉伸的尼龙11不具有铁电性，任何退火处理都会造成P_r降低，提高极化温度将会导致介电常数以元穷增大而发生介电击穿。因而得不到高温铁电体。他们还认为大部分偶板子已发生反转，P_r已接近理论值。91年以后，他们以上的片面观点使得在尼龙11的铁电性研究方面没有什么重大的进展。

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供奇数尼龙高温铁电体的制备方法，将各种方法制得的奇数尼龙制成1～100μm的均匀薄膜，再经过适当的极化处理后，于80～130℃内恒定某一温度，再施加三角波电场，测定极化电流峰值达到一稳定值约980mA/m²，将电流对时间积分，得到在电场为0时，剩余极化强度约为20000mc/m²，矫顽场强为26MC/m²。这种奇数尼龙铁电体可在传感器，贮存记录和计算机等方面应用，特别是国防技术上应用，更具有重大的政治经济价值。

本发明提供的奇数尼龙高温铁电体的制备方法为：

1．将奇数尼龙粉料或粒料夹在铝箔中，于压机上加热至熔融温度210～250℃熔融5分钟，加压1～5MPa，保持1分钟制得均匀薄膜。厚度为1～100μm，先在膜的两面蒸镀金，铝或银电极。然后将膜浸在硅油或其他绝缘介质中，逐步升温，进行极化处理。

2．在室温下先加电场50～300MC/m，保持1～6小时后，再以1～5℃/min速度逐步升温，在升温过程中，电场降至20～150MV/m，并分别在50℃，80℃恒温  恒电场0.5～4小对，以保证样品不被击穿，最后在80～130℃内恒定在某一温度，施加三角波电场，周期为100～1500秒，振幅为±10～150MV/m，当循环5～30次后，记录到的极化电流峰值达到一稳定值约980mA/m²，将电流对时间积分。得到在电场为0时剩余极化强度值约为20000mc/m²，矫顽场强为26MV/m。

按照本方法制得的尼龙11高温铁电体与美国罗格斯大学制得的尼龙11铁电体性能的比较见表1。