CN111908833A - 一种锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法 - Google Patents

一种锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法，属于功能材料技术领域。本发明在前期研究的基础上，使用N,N二甲基甲酰胺为溶剂，通过将PZT气凝胶粉体与PVDF复合，使用溶剂浇铸法制备出PZT气凝胶涂层，在保留气凝胶原有低密度、低声阻抗等本征性能的前提下赋予其柔韧性，使得PZT气凝胶应用于水声换能器成为可能。与此同时，又通过在复合膜中添加SiO2气凝胶粉体、PZT陶瓷粉体、改变复合涂层的层数对PZT气凝胶涂层的综合性能进行了调节。

Description

一种锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，主要涉及一种锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法。
背景技术
要提高水声换能器的静水压优值最重要的是提高静水压压电系数(dh)和降低介电常数
Figure BDA0002596910610000011
对于许多致密压电陶瓷材料，压电常数d33≈-2d31导致低的dh。同时，致密压电材料的介电常数均比较高，使其dh(静水压压电系数)、gh(静水压电压系数)和FOM(静水压优值因子)值均很低，从而限制了静水条件下换能器的性能。PZT(锆钛酸铅)气凝胶不但具有PZT陶瓷的一些优异性能，而且密度低、声阻抗小、能很好地与空气和水的声阻抗匹配，当其应用于水声换能器时，不需要额外的阻抗匹配层便可以实现与水媒介的声阻抗最佳匹配。
虽然PZT气凝胶在声阻匹配方面具有绝对优势，但是PZT气凝胶脆性大、难成型，不便或很难以一种合适的方式应用，而且相比于陶瓷块材、粉体和薄膜，PZT气凝胶本征性能很差，因此，PZT气凝胶的应用是很难的。为了克服包括PZT气凝胶在内的气凝胶的局限性，充分利用其优势，我们对PZT气凝胶复合涂层进行了大量研究，发现在配制PZT气凝胶复合浆料的过程中，使用1甲基吡咯烷酮作为溶剂能较好地制备得到PZT气凝胶与PVDF的复合涂层，克服了PZT气凝胶脆性大难以应用的局限性，但是该涂层的综合性能还需要进一步改善。
发明内容
本发明的目的在于，针对背景技术存在的现有锆钛酸铅(PZT)气凝胶复合涂层性能较差的问题，提出了一种PZT气凝胶复合涂层的制备方法。本发明通过对PZT气凝胶复合涂层的浆料配方、溶剂和涂层工艺的改善等，成功制备出高质量高性能的PZT气凝胶复合涂层，实现PZT气凝胶的实际应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、基片的活化：将基片在70～100℃的条件下加热5～10min，以实现基片的活化；
步骤2、锆钛酸铅气凝胶复合浆料的制备：
将经过退火的PZT气凝胶粉体和聚偏氟乙烯(PVDF)粉体置于研钵内，充分干磨形成均匀的混合粉体；然后向混合粉体中加入N,N-二甲基甲酰胺湿磨，得到均匀分散的PZT气凝胶复合浆料，复合浆料中每克固体对应0.6～1.5mL的N,N-二甲基甲酰胺；其中，在混合粉体的干磨和添加N,N-二甲基甲酰胺后的湿磨过程中，空气湿度应保持在40％以下；
步骤3、锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备：
将步骤2得到的均匀分散的PZT气凝胶复合浆料均匀涂覆于步骤1活化后的基片上，烘干，即可得到锆钛酸铅气凝胶复合涂层；
步骤4、锆钛酸铅气凝胶复合涂层的剥离：
将步骤3得到的带复合涂层的基片在无水乙醇中浸泡3～5min，然后用镊子将锆钛酸铅气凝胶复合涂层从基片上揭下，即可得到所述锆钛酸铅气凝胶复合涂层。
进一步地，上述方法得到的锆钛酸铅气凝胶复合涂层极化后，制备成涂层电极，就可以实现复合涂层的电化学性能的测试，具体过程为：首先，采用PZT-JH30/3极化装置在5～7kV/mm的直流电场下对上述方法得到的锆钛酸铅气凝胶复合涂层极化20～40min，之后关闭电源，用放电杆接触极化装置的金属部件进行放电，取出，得到极化后的锆钛酸铅气凝胶复合涂层；然后，将极化后的锆钛酸铅气凝胶复合涂层的一面涂敷一层导电银浆，放在70℃烘箱中烘干后再在另一面涂刷银电极，干燥后获得MIM式PZT气凝胶复合涂层以便测试其电学性能，其中M为金属，I为绝缘介质。其中，在对锆钛酸铅气凝胶复合涂层进行极化的过程中，为了找出涂层的最佳极化电压，先要缓慢调节电压旋钮升高极化电压，当在极化探头和负极金属板之间出现电弧的时候记下直流击穿电压值，更换被击穿的涂层，将极化电压调节至比击穿电压低500～1000V后再对涂层进行极化。在对复合涂层涂敷电极的过程中，为防止样品两面银电极连通短路，需使银电极涂敷在样品的中间部分而不能涂敷在边缘。
进一步地，步骤1所述基片为石英玻璃、MgO基片或者Si基片等，基片的尺寸和形状不受限制，如方块50mm×50mm、长方块20mm×10mm或圆片等均可。但基片需要平整光滑和加热活化，否则涂层会粘不上基片。
进一步地，步骤2中采用的锆钛酸铅(PZT)气凝胶粉体必须经过退火处理，因为刚制出的气凝胶是非晶体，不具备压电性能。所述退火在空气或者真空条件下进行均可，只要能使气凝胶晶化，退火温度为550～800℃，时间为0.5～4h。
优选地，步骤2中，要使PZT气凝胶和PVDF充分均匀混合，最好将二者进行差异化干磨，具体为：首先，控制不同的干磨时间(比如1分钟、2分钟、3分钟、4分钟和5分钟)将PZT气凝胶磨成5种以上不同微米级颗粒大小的粉体，控制不同的干磨时间(比如1分钟、2分钟、3分钟、4分钟和5分钟)将PVDF磨成不同于PZT粉体大小的5种以上的颗粒粉体；然后，将这些具有不同颗粒大小的粉体混合并干磨，使PZT气凝胶和PVDF充分均匀混合。
进一步地，步骤2中，干磨的时间为20～60min，湿磨的时间为10～30min。
进一步地，步骤2中，PZT气凝胶粉体和PVDF粉体的质量比为(2～7)：1。
进一步地，步骤2制备锆钛酸铅气凝胶复合浆料的过程中，还可以在PZT气凝胶粉体中添加占PZT气凝胶质量的20％以下的SiO2气凝胶等其他气凝胶，或/和添加占PZT气凝胶质量的40％以下的PZT陶瓷粉体。
进一步地，步骤2中，在混合粉体的干磨和添加N,N-二甲基甲酰胺后的湿磨过程中，均需要将空气湿度控制在40％以下，否则，湿度过高会导致PVDF粉体团聚，要么难以成膜，要么成膜厚度不均匀。优选地，在真空环境下比如手套箱中进行干磨、湿磨和成膜。
进一步地，步骤3中，将复合浆料涂覆于基片上后，为了确保浆料中无气泡，可以用保鲜膜将其密封在培养皿中静置3～5min，然后再将其放置于70℃的空气烘箱或真空烘箱中烘干3～5h。
进一步地，步骤3所述烘干的温度为70℃，时间为3～5h。
进一步地，步骤3中，为使制得的复合涂层的厚度较为均匀，应将浆料水平放置以便向四周均匀分散。
进一步地，步骤3所述涂覆可以采用旋涂、流延、丝网印刷等方法，每一层涂层的厚度为20微米，涂层的层数根据实际应用需求进行选择。
进一步地，步骤4中，为了使涂层能完好无损地从基片上剥离下来，需将涂覆于基片上的复合涂层在无水乙醇等不能溶解PVDF的有机溶剂中浸泡3～5min。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供的一种锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法，通过涂覆前对基片进行活化、采用N,N-二甲基甲酰胺替代一甲基吡咯烷酮作为复合浆料的溶剂、复合浆料配方、涂覆过程中调整湿度等浆料配方和涂层关键工艺的改进，得到了均匀的复合涂层，且显著提高了复合涂层的剩余极化强度，改善了涂层的综合性能。
2、本发明提供的一种锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法，通过在锆钛酸铅气凝胶粉体中添加SiO2气凝胶或/和PZT陶瓷粉体，或者改变复合涂层的层数，来调节复合涂层的综合性能，得到了性能优良的复合涂层，可以应用于水声换能器、传感器及储能等领域。
附图说明
图1为实施例2、6、8的PZT气凝胶涂层的SEM图；其中，(a)为实施例2得到的PZTA/PVDF/SiO2(SiO2 2wt％)复合涂层的表面形貌，(b)为实施例2得到的PZTA/PVDF/SiO2(SiO22wt％)复合涂层的断面形貌，(c)为实施例6得到的PZTA/PZT/PVDF/SiO2(PZT 20wt％)复合涂层的表面形貌，(d)为实施例8得到的PZTA/PVDF/SiO2(SiO2 4wt％×4)复合涂层的断面形貌；
图2为实施例1、2、6、8得到的PZT气凝胶的XRD衍射图谱；
图3为实施例1、3、6、8得到的PZT气凝胶涂层的介电频谱图；其中，(a)为实施例1得到的PZTA/PVDF复合涂层的介电频谱图，(b)为实施例3得到的PZTA/PVDF/SiO2(SiO2 4wt％)的介电频谱图，(c)为实施例8得到的PZTA/PVDF/SiO2(SiO2 4wt％×4)复合涂层的介电频谱图，(d)为实施例6得到的PZTA/PZT/PVDF/SiO2(PZT 20wt％)复合涂层的介电频谱图；
图4为实施例1、4、5、7得到的PZT气凝胶涂层的电滞回线；其中，(a)为实施例1得到的PZTA/PVDF复合涂层的电滞回线，(b)为实施例4得到的PZTA/PVDF/SiO2(SiO2 6wt％)复合涂层的电滞回线，(c)为实施例7得到的PZTA/PVDF/SiO2(SiO2 4wt％×3)复合涂层的电滞回线，(d)为实施例5得到的PZTA/PZT/PVDF/SiO2(PZT 10wt％)复合涂层的电滞回线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。
实施例1：制备PZTA/PVDF复合涂层
PZT气凝胶涂层的制备，使用经过600℃退火0.5h的PZT气凝胶粉体(记为PZTA)和HSV900型号的PVDF粉体，PZTA：PVDF的质量比为0.1g：0.05g。具体包括以下步骤：
步骤1、基片的活化：将基片在80℃的条件下加热8min活化；
步骤2、PZT气凝胶复合浆料制备：
使用电子天平称取0.1g经过600℃退火处理0.5h的PZTA气凝胶粉体、0.05gPVDF粉体放置于研钵内干磨30min，充分研磨并混合均匀；然后用塑料吸管吸取0.22mL的N,N-二甲基甲酰胺滴入混合粉体中湿磨15-20min，使得粉体均匀分散在N,N-二甲基甲酰胺中，得到均匀分散的PZT气凝胶复合浆料；
步骤3、PZT气凝胶复合涂层的制备：
使用塑料吸管将步骤2得到的均匀分散的PZT气凝胶复合浆料均匀涂敷在50mm×50mm的石英玻璃基片上，然后放置于70℃的真空烘箱中烘干5h；
步骤4、PZT气凝胶复合涂层的剥离：
将步骤3得到的粘附在石英玻璃基片上的PZT气凝胶涂层在无水乙醇中浸泡5min，然后用镊子将PZT气凝胶复合涂层从玻璃基片上小心揭下可得到所述PZT气凝胶复合涂层；
步骤5、PZT气凝胶复合涂层的极化：
将步骤4制得的PZT气凝胶复合涂层用PZT-JH30/3极化装置在6kV/cm的直流电场下极化30min，之后关闭电源，用放电杆接触极化装置的金属部件进行放电，取出，得到极化后的PZT气凝胶复合涂层；
步骤6、PZT气凝胶复合涂层电极制备：
将步骤5极化后的PZT气凝胶复合涂层的一面涂敷一层导电银浆，放在70℃烘箱中烘干后再在另一面涂刷银电极，干燥后获得MIM式PZT气凝胶复合涂层以便测试其电学性能，其中M为金属，I为绝缘介质。
实施例2：制备PZTA/PVDF/SiO2(SiO2 2wt％)复合涂层
本实施例与实施例1相比，区别在于：在步骤1中，添加占总粉体质量分数为2％的SiO2气凝胶粉体，使得各粉体的质量比为PZTA：PVDF：SiO2＝0.1g：0.05g：0.0031g，其余步骤与实施例1相同。
实施例3：制备PZTA/PVDF/SiO2(SiO24wt％)复合涂层
本实施例与实施例1相比，区别在于：在步骤1中，添加占总粉体质量分数为4％的SiO2气凝胶粉体，使得各粉体的质量比为PZTA：PVDF：SiO2＝0.1g：0.05g：0.0063g，其余步骤与实施例1相同。
实施例4：制备PZTA/PVDF/SiO2(SiO2 6wt％)复合涂层
本实施例与实施例1相比，区别在于：在步骤1中，添加占总粉体质量分数为6％的SiO2气凝胶粉体，使得各粉体的质量比为PZTA：PVDF：SiO2＝0.1g：0.05g：0.0096g，其余步骤与实施例1相同。
实施例5：制备PZTA/PZT/PVDF/SiO2(PZT 10wt％)复合涂层
本实施例与实施例3相比，区别在于：在步骤1中，还添加占总粉体质量分数为10％的水热法制备的经过800℃退火2h的PZT陶瓷粉体，使得各粉体的质量比为PZTA：PZT：PVDF：SiO2＝0.1g：0.01736g：0.05g：0.0063g，其余步骤与实施例2相同。
实施例6：制备PZTA/PZT/PVDF/SiO2(PZT 20wt％)复合涂层
本实施例与实施例3相比，区别在于：在步骤1中，还添加占总粉体质量分数为20％的水热法制备的经过800℃退火处理2h的PZT陶瓷粉体，使得各粉体的质量比为PZTA：PZT：PVDF：SiO2＝0.1g：0.0390g：0.05g：0.0063g，其余步骤与实施例2相同。
实施例7：制备PZTA/PVDF/SiO2(SiO2 4wt％×3)复合涂层
步骤1、基片的活化：将基片在80℃的条件下加热8min，以实现基片的活化；
步骤2、PZT气凝胶复合浆料制备
将经过600℃退火处理0.5h的PZT气凝胶粉体(记为PZTA)、PVDF粉体、SiO2气凝胶粉体按质量称取，使其质量比为PZTA：PVDF：SiO2＝0.1g：0.05g：0.0063g置于研钵内，在不加任何溶剂的情况下，干磨30min，将粉体充分研磨并混合均匀。然后用塑料吸管吸取0.22mL的N,N-二甲基甲酰胺滴入混合粉体中，再湿磨15-20min，使得粉体均匀分散在N,N-二甲基甲酰胺中，制备出PZT气凝胶涂层浆料；
步骤3、PZT气凝胶复合涂层的制备
使用塑料吸管将步骤2得到的均匀分散的PZT气凝胶复合浆料均匀涂敷在50mm×50mm的石英玻璃基片上，然后放置于70℃的真空烘箱中烘干5h；
步骤4、PZT气凝胶复合涂层的剥离：
将步骤3得到的黏附在石英玻璃基片上的PZT气凝胶涂层在无水乙醇中浸泡5min，然后用镊子将PZT气凝胶复合涂层从玻璃基片上小心揭下，即可得到单层PZT气凝胶复合涂层；
步骤5、采用步骤1至步骤4的过程，制备三张工艺、大小完全相同的单层PZTA/PVDF/SiO2复合涂层对齐层叠在一起，再用铝箔将其包裹住并测量其总厚度为d；然后将MSK-HRP-01加热型电动对辊轧机温度调至100℃，对滚转速调至18r/min，对滚间距调节为0.7d，对多层膜进行多次碾压，使其相互贴合成为一体，制备出3层的复合涂层；
步骤6、PZT气凝胶复合涂层的极化：
将步骤5制得的PZT气凝胶复合涂层使用PZT-JH30/3极化装置，在6kV/cm的直流电场下极化30min，之后关闭电源，用放电杆接触极化装置的金属部件进行放电，取出，得到极化后的锆钛酸铅气凝胶复合涂层；
步骤7、PZT气凝胶复合涂层电极制备：
将步骤6极化后的锆钛酸铅气凝胶复合涂层的一面涂敷一层导电银浆，放在70℃烘箱中烘干后再在另一面涂刷银电极，干燥后获得MIM式PZT气凝胶复合涂层以便测试其电学性能，其中M为金属，I为绝缘介质
实施例8：制备PZTA/PVDF/SiO2(SiO2 4wt％×4)复合涂层
本实施例与实施例7相比，区别在于：步骤5中，采用步骤1至步骤4的过程，制备四张工艺、大小完全相同的单层PZTA/PVDF/SiO2复合涂层对齐层叠在一起，再用铝箔将其包裹住并测量其总厚度为d；然后将MSK-HRP-01加热型电动对辊轧机温度调至100℃，对滚转速调至18r/min，对滚间距调节为0.7d，对多层膜进行多次碾压，使其相互贴合成为一体，制备出4层的复合涂层。其余步骤与实施例7相同。
对以上实施例样品进行如下表征：
用FEI公司Inspect F型号的扫描电镜对PZT气凝胶涂层的形貌进行拍摄，用型号为DX-2700BH的XRD测试仪进行相结构分析，用HP4294A介电频谱仪测试制备涂层的介电性能，用Radiant Technoligies公司Precision Premierⅱ铁电测试系统对涂层进行电滞回线的测试，用ZJ-3AN测试仪测量涂层的d33。
实施例1、2、6、8得到的PZT气凝胶涂层，涂层的颜色均为暗黄色，与经过600℃退火处理0.5h的PZT气凝胶粉体的颜色接近。在这四种涂层中，单层涂层的柔韧性最好，四层涂层由于厚度增加，其柔韧性相比单层涂层有所减弱。
图1为实施例2、6、8的PZT气凝胶涂层的SEM图；其中，图(a)对应实施例2得到的涂层的表面形貌，图(b)对应实施例2得到的涂层的断面形貌，图(c)对应实施例6得到的涂层的表面形貌，图(d)对应实施例8得到的涂层的断面形貌。由图1(a)可知，复合涂层中PZTA颗粒被PVDF紧密的包裹，压电相与聚合物相间的界面结合紧密。由图1(b)可知，单层气凝胶涂层的厚度在20μm左右，总体上厚度比较均匀。由图1(c)可看出，由于复合涂层中无机成分的增多，使得复合材料中的无机颗粒更多地被暴露出来，颗粒感更强。由图1(d)可以看出，经过加热型电动对辊轧机的反复加热与挤压，四层膜已经牢牢地贴合在一起。
图2所示为不同成分气凝胶涂层的XRD衍射图谱。可以看出，PZTA/PVDF、PZTA/PVDF/SiO2(SiO2 2wt％)、PZTA/PVDF/SiO2(SiO2 4wt％×4)涂层的XRD衍射图谱与经过600℃退火处理0.5h的气凝胶样品的XRD衍射图谱十分接近，没有出现PVDF、SiO2的衍射图谱，这可能是由于PVDF、SiO2的衍射峰强度没有经过600℃退火0.5h的气凝胶样品的衍射峰强度高，导致在衍射图谱中没有观察到PVDF、SiO2的衍射峰。PZTA/PZT/PVDF/SiO2(PZT20wt％)涂层的XRD衍射图谱与经过800℃退火处理2h的PZT陶瓷粉体的衍射图很类似，由于结晶度比较高的PZT陶瓷粉体的加入使其他衍射峰强度比较低的物相没有显现。
图3所示为不同成分PZT气凝胶涂层的介电频谱图。可以观察到，四种涂层的介电常数都随着频率的增大而降低，这与PZT气凝胶涂层中的空间电荷极化未能与电场的变化相同步有关。气凝胶涂层的介电损耗也随着频率的增大而减小。可以观察到，在PZTA/PVDF复合涂层中添加SiO2气凝胶粉体和PZT陶瓷粉体可以增大复合涂层的介电常数，而介电损耗变化不大。可以明显看出，增加复合涂层的层数可以减小复合涂层的介电常数和介电损耗，这特别有利于在水声换能器上应用。
图4所示为各涂层的电滞回线。可以观察到，PZTA/PVDF复合涂层的剩余极化强度Pr为1.08μC/cm2，矫顽电场Ec为241KV/cm；PZTA/PVDF/SiO2(SiO26wt％)气凝胶涂层的Pr为12.5μC/cm2，Ec为558KV/cm；PZTA/PVDF/SiO2(SiO24wt％×3)的Pr为7.17μC/cm2，Ec为471.68KV/cm；PZTA/PZT/PVDF/SiO2(PZT 10wt％)P的Pr为2.27μC/cm2，Ec为235.8KV/cm。显然，在PZTA/PVDF复合涂层中添加SiO2气凝胶粉体、添加PZT陶瓷粉体均可以提高复合涂层的剩余极化强度和矫顽电场强度，相比较而言，在复合涂层中添加SiO2气凝胶粉体对提高复合涂层剩余极化强度的效果最好。
表1所示为各涂层的纵向压电常数。可见，添加SiO2气凝胶粉体的复合涂层及四层含有SiO2气凝胶粉体的压电常数都比PZTA/PVDF复合涂层的压电常数低，这与添加SiO2气凝胶粉体使复合涂层中的孔洞增多有关。在涂层中添加PZT陶瓷粉体的压电常数稍微比PZTA/PVDF复合涂层的压电常数高，这与PZT陶瓷粉体的结晶度比较高使复合涂层的压电性能有所提高有关。
总体上，复合气凝胶涂层明显克服了PZT气凝胶强度低、脆性大、柔韧性差、难成型、难应用等致命局限性，而且显示优异的综合性能，从而为包括PZT气凝胶在内的功能气凝胶的应用开辟了新领域。在PZT气凝胶/PVDF涂层中添加SiO2气凝胶粉体和/或PZT陶瓷粉体基本上不影响压电系数d33，但进一步提高综合性能，因此更加具有实用价值。
表1不同成分含量PZT气凝胶涂层的压电系数
Figure BDA0002596910610000091

Claims (8)

1.一种锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、基片的活化：将基片在70～100℃的条件下加热5～10min，以实现基片的活化；
步骤2、锆钛酸铅气凝胶复合浆料的制备：
将经过退火的PZT气凝胶粉体和聚偏氟乙烯粉体置于研钵内，充分干磨形成均匀的混合粉体；然后向混合粉体中加入N,N-二甲基甲酰胺湿磨，得到均匀分散的PZT气凝胶复合浆料；其中，在混合粉体的干磨和添加N,N-二甲基甲酰胺后的湿磨过程中，空气湿度应保持在40％以下；
步骤3、锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备：
将步骤2得到的均匀分散的PZT气凝胶复合浆料均匀涂覆于步骤1活化后的基片上，烘干，即可得到锆钛酸铅气凝胶复合涂层；
步骤4、锆钛酸铅气凝胶复合涂层的剥离：
将步骤3得到的带复合涂层的基片在无水乙醇中浸泡3～5min，然后揭下，即可得到所述锆钛酸铅气凝胶复合涂层。
2.根据权利要求1所述的锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤1所述基片为石英玻璃、MgO基片或者Si基片。
3.根据权利要求1所述的锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤2中所述退火在空气或者真空条件下进行，退火温度为550～800℃，时间为0.5～4h。
4.根据权利要求1所述的锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤2中所述干磨过程具体为：首先，控制不同的干磨时间将PZT气凝胶磨成5种以上不同微米级颗粒大小的粉体，控制不同的干磨时间将PVDF磨成不同于PZT粉体大小的5种以上的颗粒粉体；然后，将这些具有不同颗粒大小的粉体混合并干磨，使PZT气凝胶和PVDF充分均匀混合。
5.根据权利要求1所述的锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤2中，干磨的时间为20～60min，湿磨的时间为10～30min。
6.根据权利要求1所述的锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤2中，锆钛酸铅气凝胶粉体和聚偏氟乙烯粉体的质量比为(2～7)：1。
7.根据权利要求1所述的锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤2制备锆钛酸铅气凝胶复合浆料的过程中，在锆钛酸铅气凝胶粉体中添加占PZT气凝胶质量的20％以下的SiO2气凝胶，或/和添加占PZT气凝胶质量的40％以下的PZT陶瓷粉体。
8.根据权利要求1所述的锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤3所述涂覆方法为旋涂、流延、丝网印刷。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62133778A (ja) * 1985-12-06 1987-06-16 Meidensha Electric Mfg Co Ltd 複合圧電材料
KR20030075211A (ko) * 2002-03-16 2003-09-26 (주)카마텍 나노 세라믹 복합재
FR2893611A1 (fr) * 2005-11-23 2007-05-25 Commissariat Energie Atomique Procede de realisaion d'un revetement a base d'une ceramique oxyde conforme a la geometrie d'un substrat presentant des motifs en relief
CN102558718A (zh) * 2010-12-07 2012-07-11 北京有色金属研究总院 一种钛酸钡/聚偏氟乙烯复合介电薄膜及其制备方法
CN108456324A (zh) * 2018-04-09 2018-08-28 南通洪明电工科技有限公司 一种表面涂覆工艺制备高性能无机/有机复合多层介电薄膜的方法及其应用
CN109499496A (zh) * 2018-12-29 2019-03-22 电子科技大学 一种柔性pzt/pvdf复合压电气凝胶材料及其制备方法
CN112216788A (zh) * 2020-10-14 2021-01-12 北京化工大学 一种气凝胶/pzt纳米粉体压电复合材料的制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62133778A (ja) * 1985-12-06 1987-06-16 Meidensha Electric Mfg Co Ltd 複合圧電材料
KR20030075211A (ko) * 2002-03-16 2003-09-26 (주)카마텍 나노 세라믹 복합재
FR2893611A1 (fr) * 2005-11-23 2007-05-25 Commissariat Energie Atomique Procede de realisaion d'un revetement a base d'une ceramique oxyde conforme a la geometrie d'un substrat presentant des motifs en relief
CN102558718A (zh) * 2010-12-07 2012-07-11 北京有色金属研究总院 一种钛酸钡/聚偏氟乙烯复合介电薄膜及其制备方法
CN108456324A (zh) * 2018-04-09 2018-08-28 南通洪明电工科技有限公司 一种表面涂覆工艺制备高性能无机/有机复合多层介电薄膜的方法及其应用
CN109499496A (zh) * 2018-12-29 2019-03-22 电子科技大学 一种柔性pzt/pvdf复合压电气凝胶材料及其制备方法
CN112216788A (zh) * 2020-10-14 2021-01-12 北京化工大学 一种气凝胶/pzt纳米粉体压电复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
黄雄芳: "PZT基压电复合气凝胶的设计制备及表征", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

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