CN102627781B - 一种复合薄膜制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合薄膜制备方法。以PVDF-TrFE为基体，以Ni-Ti02为填充物，通过流延方法制备成复合薄膜，其特征在于所述复合薄膜由以下几种成分按质量百分比组成：PVDF-TrFE：5-11wt％、Ni-Ti02粉体：1-10wt％、交联剂：0.01-0.1wt％、有机溶剂：78-93wt％。通过改变纳米Ni-TiO2的质量分数，可以得到不同介电性能的复合薄膜。该方法制备得到的复合介电薄膜具有较高的介电常数，较低的介电损耗，良好的柔韧性，是一种新型无机有机复合介电材料。此外制备工艺操作简单、且对环境友好，在高储能材料领域中具有较好的应用前景。

Description

一种复合薄膜制备方法
技术领域
本发明属于电介质材料领域，涉及到一种用于超级电容器的复合薄膜制备方法。
背景技术
近年来，随着科学的发展和技术的进步，高介电常数、高储能密度的高分子材料吸引了广大科研工作者的注意，这类材料主要应用于高储能电容器、电致伸缩人工肌肉、传感器等等领域。单一的无机陶瓷材料，虽然具有较高的介电常数和较低的介电损耗，但是它们价格昂贵，易脆，难以加工，故难以大规模生产；传统的有机高分子材料，如聚丙烯、聚偏氟乙烯，虽然具有较好的柔韧性和介电性能，但是它们的介电常数相对较低，难以满足实际需要。因此，通过简单的方法，将有机高分子材料和无机材料复合制备成有机无机复合薄膜能够解决以上问题，具有较好的应用前景。
聚偏氟乙烯-三氟乙烯是一种介电性能优良的有机高分子材料，同时具有较好的柔韧性；二氧化钛是一种很好的无机材料，无毒，廉价且制备简单，另外它还具有较高的介电常数，可以应用于各个领域。通过掺杂金属镍，能够提高二氧化钛的介电性能。将掺杂后的纳米二氧化钛颗粒与聚偏氟乙烯-三氟乙烯通过共混的方法制备出薄膜具有较好的柔韧性和介电性能，能够应用于高储能材料领域中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种PVDF-TrFE/Ni-TiO2复合薄膜制备方法。
本发明是按照如下步骤制备PVDF-TrFE/Ni-TiO2复合薄膜：
a、将PVDF-TrFE溶解在有机溶剂中，搅拌、超声1h；
b、在搅拌条件下向上述溶液中滴加交联剂，搅拌1h；
c、在搅拌条件下加入纳米Ni-TiO2粉末，超声搅拌，使Ni-TiO2均匀的分散在溶液中；
d、将上述溶液倒入特定模具中，放入烘箱，80℃烘干10h；
e、取出模具，冷却至室温，取下薄膜；
f、将制备得到的薄膜在120-140℃、下退火3h；即得到PVDF-TrFE/Ni-TiO2有机无机复合薄膜。
通过上述方法所得PVDF-TrFE/Ni-TiO2复合薄膜的组成如下：质量百分比组成：PVDF-TrFE，5-11wt％、Ni-TiO2，0.5-10wt％、交联剂，0.01-0.1wt％、有机溶剂79-93wt％。
所述交联剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、硅烷偶联剂KH570、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)或烷基酚聚氧乙烯醚(OP10)中的一种。
所述有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或丙酮中的一种。
纳米Ni-TiO2粒径大小为10-30nm，
PVDF-TrFE/Ni-TiO2复合薄膜厚度为100-150μm。
有益效果
1、本发明制备工艺简单，易于工业化生产；
2、纳米Ni-TiO2颗粒的加入，大大提高了复合薄膜的介电常数，在频率为1000HZ时，当Ni-TiO2粉体质量分数从0％增加到2％，介电常数从13.9增加到19.2。
附图说明
图1为实施例1、2、3、4中制备的不同Ni-TiO2质量分数的复合薄膜的介电常数和介电损耗与频率的关系图。
具体实施方式
具体实施例1：对比试验
本实施方式的PVDF-TrFE/Ni-TiO2有机无机复合薄膜由以下几种成分按质量百分比组成：PVDF-TrFE，10wt％、Ni-TiO2粉体，0wt％、交联剂PVP，0.1wt％、有机溶剂DMF89.9wt％。
具体实施例2：
本发明是按照如下步骤制备PVDF-TrFE/Ni-TiO2复合薄膜：
a、将PVDF-TrFE溶解在有机溶剂中，搅拌、超声1h；
b、在搅拌条件下向上述溶液中滴加交联剂，搅拌1h；
c、在搅拌条件下加入纳米Ni-TiO2粉末，超声搅拌，使Ni-TiO2均匀的分散在溶液中；
d、将上述溶液倒入特定模具中，放入烘箱，80℃烘干10h；
e、取出模具，冷却至室温，取下薄膜；
f、将制备得到的薄膜在120-140℃下退火3h，得到PVDF-TrFE/Ni-TiO2有机无机复合薄膜。
本实施方式的PVDF-TrFE/Ni-TiO2复合薄膜由以下几种成分按质量百分比组成：PVDF-TrFE，10wt％、Ni-TiO2粉体，0.5wt％、交联剂PVP，0.1wt％、有机溶剂DMF，89.4wt％。
纳米Ni-TiO2粉末制备工艺：
a、将5g钛酸四丁酯溶解在无水乙醇中，搅拌30min；
b、在搅拌条件下将3.8ml浓盐酸和1g交联剂滴加到步骤a所述溶液中，滴加完毕，搅拌1h；
c、在搅拌条件下将0.426g硝酸镍和40ml无水乙醇混合溶液滴加到步骤b所述溶液，滴加完毕，搅拌2h；
d、用氨水调节步骤c所述溶液PH至7；
e、将步骤d所得溶液沉降静置24h，得到白色胶体；
f、用乙醇、去离子水将步骤e所得胶体洗涤8次；
g、将步骤f所得的胶体放置烘箱，80℃烘10h，用研钵研磨成粉体；
h、将步骤g制备得到的粉体在马弗炉中400℃--600℃煅烧，即得到纳米Ni-TiO2粉末。
具体实施例3：基本同例2
本实施方式的PVDF-TrFE/Ni-TiO2有机无机复合薄膜由以下几种成分按质量百分比组成：PVDF-TrFE，10wt％、Ni-TiO2，粉体2wt％、交联剂PVP，0.1wt％、有机溶剂DMF，87.9wt％。所述PVDF-TrFE中PVDF与TrFE的摩尔比为70∶30。
具体实施例4：基本同例2
本实施方式的PVDF-TrFE/Ni-TiO2有机无机复合薄膜由以下几种成分按质量百分比组成：PVDF-TrFE，10wt％、Ni-TiO2粉体，3wt％、交联剂PVP，0.1wt％、有机溶剂DMF86.9wt％。
具体实施例5：基本同例2
本实施方式的PVDF-TrFE/Ni-TiO2有机无机复合薄膜由以下几种成分按质量百分比组成：PVDF-TrFE，10wt％、Ni-TiO2粉体，4wt％、交联剂PVP，0.1wt％、有机溶剂DMF，85.9wt％。
具体实施例6：基本同例2
本实施方式的PVDF-TrFE/Ni-TiO2有机无机复合薄膜由以下几种成分按质量百分比组成：PVDF-TrFE，10wt％、Ni-TiO2粉体，5wt％、交联剂PVP，0.1wt％、有机溶剂DMF，84.9wt％。
具体实施例7：基本同例2
本实施方式的PVDF-TrFE/Ni-TiO2有机无机复合薄膜由以下几种成分按质量百分比组成：PVDF-TrFE，10wt％、Ni-TiO2粉体，6wt％、交联剂PVP，0.1wt％、有机溶剂DMF，83.9wt％。
具体实施例8：基本同例2
本实施方式的PVDF-TrFE/Ni-TiO2有机无机复合薄膜由以下几种成分按质量百分比组成：PVDF-TrFE，10wt％、Ni-TiO2粉体，10wt％、交联剂PVP，0.1wt％、有机溶剂DMF，79.9wt％。
具体实施例9：基本同例2
本实施方式的PVDF-TrFE/Ni-TiO2有机无机复合薄膜由以下几种成分按质量百分比组成：PVDF-TrFE，10wt％、Ni-TiO2粉体，10wt％、硅烷偶联剂KH570，0.05wt％、有机溶剂丙酮，79.95wt％。
具体实施例10：基本同例2
本实施方式的PVDF-TrFE/Ni-TiO2有机无机复合薄膜由以下几种成分按质量百分比组成：PVDF-TrFE，10wt％、Ni-TiO2粉体，10wt％、CTAB，0.01wt％、有机溶剂N，N-二甲基乙酰胺，79.99wt％。

Claims (4)

1.一种复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：
a、将P(VDF-TrFE)溶解在有机溶剂中，搅拌、超声1h；
b、在搅拌条件下向上述溶液中滴加交联剂，搅拌1h；
c、在搅拌条件下加入纳米Ni-TiO2粉末，超声搅拌，使Ni-TiO2均匀的分散在溶液中；
d、将上述溶液倒入特定模具中，放入烘箱，80℃烘干10h；
e、取出模具，冷却至室温，取下薄膜；
f、将制备得到的薄膜在120-140℃下退火3h，得到P(VDF-TrFE)/Ni-TiO2有机无机复合薄膜，所述复合薄膜组成为：P(VDF-TrFE)，5-11wt%、Ni-TiO2，0.5-10wt%、交联剂，0.01-0.1wt%、有机溶剂79-93wt%。
2.如权利要求1所述一种复合薄膜的制备方法，其特征在于所述交联剂为聚乙烯吡咯烷酮、硅烷偶联剂KH570、十六烷基三甲基溴化铵或烷基酚聚氧乙烯醚中的一种。
3.如权利要求1所述一种复合薄膜的制备方法，其特征在于所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或丙酮中的一种。
4.如权利要求1所述一种复合薄膜的制备方法，其特征在于所述P(VDF-TrFE)/Ni-TiO2复合薄膜厚度为100-150μm。
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