一种用于提高β晶相含量的PVDF-HFP/GO复合薄膜制备方法技术

技术编号:17793889 阅读:100 留言:0更新日期:2018-04-25 17:23
本发明专利技术公开了一种用于提高β晶相含量的PVDF‑HFP/GO复合薄膜制备方法,涉及在PVDF‑HFP/Graphene oxide复合薄膜中提高β晶相含量的复合薄膜的制备方法,其目的在于提供一种提高PVDF‑HFP压电复合薄膜β晶相含量方法,解决单一PVDF‑HFP复合薄膜结晶度不高,β晶相含量低的问题。PVDF‑HFP/Graphene oxide复合薄膜由压电材料PVDF‑HFP、氧化石墨烯材料通过刮膜工艺制备出复合薄膜。该方法不但成膜简单便捷,同时成本低廉。制备方法包括以下步骤:平板玻璃的清洗;配置PVDF‑HFP压电材料和氧化石墨烯材料混合前驱液;真空脱泡;通过刮膜工艺将压电复合薄膜生长在平板玻璃基片上;将压电复合薄膜进行拉伸极化。

A preparation method of PVDF-HFP/GO composite film for increasing the content of beta phase

The invention discloses a preparation method of PVDF HFP/GO composite thin film for improving the content of beta crystalline phase, which involves a preparation method of a composite film to improve the content of beta crystal phase in the PVDF HFP/Graphene oxide composite film. The aim is to provide a method to improve the content of the crystalline phase of the PVDF thin film HFP piezoelectric composite thin film, and to solve a single PVDF. The HFP composite film has low crystallinity and low content of beta crystalline phase. The composite films PVDF, HFP/Graphene, oxide and oxide were prepared from the piezoelectric materials PVDF HFP and graphene oxide by scraping film technology. The method is simple, convenient and inexpensive. The preparation method includes the following steps: cleaning the flat glass; configuring the PVDF HFP piezoelectric material and the graphite oxide material mixture precursor; vacuum defoaming; the piezoelectric composite film is grown on the flat glass substrate by the scraping film process; the piezoelectric composite film is polarized.

【技术实现步骤摘要】
一种用于提高β晶相含量的PVDF-HFP/GO复合薄膜制备方法
本专利技术属于热释电复合薄膜材料领域,涉及一种PVDF-HFP复合薄膜的制备方法,尤其涉及一种用于提高β晶相含量的PVDF-HFP/GO复合薄膜制备方法。
技术介绍
PVDF是一种新型的有机高分子聚合物型传感材料,经加工处理后具有明显压电效应。相对于压电陶瓷和压电晶体材料而言,虽然其压电系数相对较低,但是电声响应频率曲线平滑,信噪比高,易制成大面积柔韧复合薄膜,介电强度高,机械性能优良、化学稳定性良好等优点使其成为最理想的感知材料。此外PVDF复合薄膜柔软质轻,与人体皮肤有很大形似性;采用柔性电子技术制备的柔性PVDF传感器具有很好的柔韧性、耐冲击性,可适应更复杂的表面,扩展了传感器的应用范围。PVDF-HFP是PVDF的一种共聚物,虽然其的结晶度比PVDF低,压电性能比PVDF差,但是柔韧性和疏水性远强于PVDF,因此具有广阔的应用前景。PVDF-HFP是一种半晶体高分子材料,其晶体结构主要为α和β晶型,它们在不同的条件下形成,在一定条件(热、电场、机械及辐射能的作用)下又可以相互转化。其中β结构是最重要的结晶形态,因为材料中β相的含量和偶极子的方向决定了材料的压电性能。大量研究表明单一PVDF-HFP复合薄膜压电响应并不明显,这主要归因于复合薄膜中β相的含量较小和偶极子的方向杂乱。改善PVDF-HFP复合薄膜压电性能差可以通过添加纳米颗粒和对合成的复合薄膜进行极化处理。常见的纳米颗粒材料包括氧化石墨烯、碳纳米管、炭黑以及金属纳米线等。专利CN103788550B公开了一种PVDF-HFP/CB复合薄膜制备方法,通过掺杂CB可以有效提高复合薄膜的开环电压。但由于所掺杂的CB具有良好的导电性能,因此在电场极化时易击穿。此外掺杂CB等导电材料会导致复合薄膜的介电常数下降,不利于储能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:为了解决现有技术中因复合薄膜中β相的含量较小造成PVDF-HFP复合薄膜压电性能差的缺陷,提供一种用于提高β晶相含量的PVDF-HFP/GO复合薄膜制备方法。本专利技术采用的技术方案如下:一种用于提高β晶相含量的PVDF-HFP/GO复合薄膜制备方法,包括以下步骤:步骤S1,抛光、清洗平板玻璃;步骤S2,用质量百分比为0.01%~0.1%的氧化石墨烯颗粒与溶剂混合、搅拌并制成氧化石墨烯分散液;再在悬浊液中加入质量百分比为25%~30%的PVDF-HFP球状颗粒混合、搅拌制得PVDF-HFP/Grapheneoxide混合溶液;该溶剂可采用DMF或NMP;步骤S3,将步骤S2制得的PVDF-HFP/Grapheneoxide混合溶液在0.1Mpa至0.01Mpa真空箱中脱泡3~4小时;步骤S4,将步骤S3脱泡后的PVDF-HFP/Grapheneoxide混合溶液倒在经步骤S1清洗后的平板玻璃上,利用刮膜器将PVDF-HFP/Grapheneoxide混合溶液均匀地平铺在平板玻璃上,加热去除溶剂,得到初结晶后的复合薄膜;步骤S5,将步骤S4的复合薄膜放置于拉伸装置中,并在60℃~70℃温度下进行4~5倍拉伸。为了提高对平板玻璃的清洗效果,在步骤S1中,平板玻璃的清洗步骤为:将抛光后的平板玻璃用洗洁精清洗去除表面的污渍;随后利用超净水去除表面残留的洗洁精和污渍;将清洗后的平板玻璃放入丙酮分析纯中超声清洗15~20min;利用超净水去除表面丙酮后加入无水乙醇超声清洗15~20min去除残留的丙酮;将在乙醇后的平板玻璃用超净水超声清洗15~20min,随后用N2吹干。在步骤S2中,配置PVDF-HFP/Grapheneoxide混合溶液的步骤为:首先将氧化石墨烯颗粒加入到DMF分析纯或NMP分析纯中,超声30~45min,得到分布均匀的氧化石墨烯分散液;随后将PVDF-HFP球状颗粒加入到氧化石墨烯分散液中,在45℃~60℃下超声30-45min,随后磁力搅拌1~2小时,得到充分混合后的PVDF-HFP/Grapheneoxide混合溶液。在步骤S3中,PVDF-HFP/Grapheneoxide混合溶液在0.1Mpa-0.01Mpa下真空脱泡3~4小时后呈现胶体状。真空脱泡的目的在于去掉混合溶液中因长时间磁力搅拌所产生的气泡,已形成无缺陷的复合薄膜;在0.1Mpa-0.01Mpa下真空脱泡3~4小时的原因在于PVDF-HFP质量百分比相对较大,形成的混合溶液呈现胶体状,不利于气体的脱附。在步骤S4中,所配的PVDF-HFP/Grapheneoxide混合溶液中PVDF-HFP质量百分比相对较大,混合溶液呈胶体状且呈现出较大粘性、流动性较差;采用刮膜器进行刮膜时,预先将平板玻璃置于加热平台上,在90℃~100℃温度下,加热2~3小时,在充分去除DMF溶剂的同时高温也有利于复合薄膜的晶相生长。优选,所述刮膜器的刮膜组件包括基础连接件,所述基础连接件的横截面为正多边形;所述基础连接件的两端均设置有导向块,所述导向块的横截面为正多边形,且基础连接件的每个侧面与导向块的每个侧面一一对应设置;基础连接件的每个侧面上均设置有刮膜块,基础连接件每个侧面上的刮膜块与导向块对应侧面的间距Hi沿基础连接件的周向均匀变化。在步骤S5中,拉伸复合薄膜时,将复合薄膜剪切成6cm×8cm规格尺寸,将复合薄膜固定在拉伸装置上,利用加热器在60℃~70℃下对复合薄膜进行加热,将拉伸装置的拉伸速率调为10mm/min~20mm/min,拉伸倍率设定为4~5倍。综上所述,由于采用了上述技术方案,本专利技术的有益效果是:1、本专利技术中,通过掺杂了氧化石墨烯,一方面提高了复合薄膜的结晶度,另一方面增强了复合薄膜力学特性使得拉伸极化效果更优;由于掺杂了氧化石墨烯,因而需增加所配PVDF-HFP溶液质量百分比,且在掺杂氧化石墨烯和增加所配PVDF-HFP溶液质量百分比的双重影响下能有效提高PVDF-HFP薄膜的压电性能;由于掺杂了氧化石墨烯以及增加所配PVDF-HFP溶液质量百分比,导致所配PVDF-HFP溶液质量百分比较大,不具备良好的流动性,因此采用刮膜工艺,该方法不仅可以制备出大面积复合薄膜;由于掺杂了氧化石墨烯,所制备的PVDF-HFP/Grapheneoxide复合薄膜相较于单一PVDF-HFP复合薄膜,结晶度明显提高,β晶相含量增大;采用最简单的单轴拉伸方法对复合薄膜进行处理,其中掺杂0.05wt%氧化石墨烯的复合薄膜经拉伸后β晶相含量高达92.8%,远高于纯膜和其他掺杂比例的复合薄膜。2、本专利技术中,在复合薄膜的制备过程中进行真空脱泡,真空脱泡的目的在于去掉混合溶液中因长时间磁力搅拌所产生的气泡,已形成无缺陷的复合薄膜;在0.1Mpa-0.01Mpa下真空脱泡3~4小时的原因在于PVDF-HFP质量百分比相对较大,形成的混合溶液呈现胶体状,不利于气体的脱附。3、本专利技术中,同时可以通过调节刮膜器的高度,制备厚度不一的复合薄膜,此外该方法成膜简单便捷,成本低廉。附图说明图1为本专利技术涉及的刮膜工艺流程图;图2为本专利技术涉及的一种复合薄膜拉伸极化装置图;图3为本专利技术涉及的一种PVDF-HFP/Grapheneoxide复合薄膜傅里叶红外光谱(FT-IR)图;图4为本专利技术涉及的一种P本文档来自技高网
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一种用于提高β晶相含量的PVDF-HFP/GO复合薄膜制备方法

【技术保护点】
一种用于提高β晶相含量的PVDF‑HFP/GO复合薄膜制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1,抛光、清洗平板玻璃;步骤S2,用质量百分比为0.01%~0.1%的氧化石墨烯与溶剂混合、搅拌并制成氧化石墨烯分散液;再在悬浊液中加入质量百分比为25%~30%的PVDF‑HFP混合、搅拌制得PVDF‑HFP/Graphene oxide混合溶液;步骤S3,将步骤S2制得的PVDF‑HFP/Graphene oxide混合溶液在0.1Mpa至0.01Mpa真空箱中脱泡3~4小时;步骤S4,将步骤S3脱泡后的PVDF‑HFP/Graphene oxide混合溶液倒在经步骤S1清洗后的平板玻璃上,利用刮膜器将PVDF‑HFP/Graphene oxide混合溶液均匀地平铺在平板玻璃上,加热去除溶剂,得到初结晶后的复合薄膜;步骤S5,将步骤S4的复合薄膜放置于拉伸装置中,并在60℃~70℃温度下进行4~5倍拉伸。

【技术特征摘要】
1.一种用于提高β晶相含量的PVDF-HFP/GO复合薄膜制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1,抛光、清洗平板玻璃;步骤S2,用质量百分比为0.01%~0.1%的氧化石墨烯与溶剂混合、搅拌并制成氧化石墨烯分散液;再在悬浊液中加入质量百分比为25%~30%的PVDF-HFP混合、搅拌制得PVDF-HFP/Grapheneoxide混合溶液;步骤S3,将步骤S2制得的PVDF-HFP/Grapheneoxide混合溶液在0.1Mpa至0.01Mpa真空箱中脱泡3~4小时;步骤S4,将步骤S3脱泡后的PVDF-HFP/Grapheneoxide混合溶液倒在经步骤S1清洗后的平板玻璃上,利用刮膜器将PVDF-HFP/Grapheneoxide混合溶液均匀地平铺在平板玻璃上,加热去除溶剂,得到初结晶后的复合薄膜;步骤S5,将步骤S4的复合薄膜放置于拉伸装置中,并在60℃~70℃温度下进行4~5倍拉伸。2.如权利要求1所述的一种用于提高β晶相含量的PVDF-HFP/GO复合薄膜制备方法,其特征在于,步骤S1中,平板玻璃的清洗步骤为:将抛光后的平板玻璃用洗洁精清洗去除表面的污渍;随后利用超净水去除表面残留的洗洁精和污渍;将清洗后的平板玻璃放入丙酮分析纯中超声清洗15~20min;利用超净水去除表面丙酮后加入无水乙醇超声清洗15~20min去除残留的丙酮;将在乙醇后的平板玻璃用超净水超声清洗15~20min,随后用N2吹干。3.如权利要求1所述的一种用于提高β晶相含量的PVDF-HFP/GO复合薄膜制备方法,其特征在于,步骤S2中,配置PVDF-HFP/Grapheneoxide混合溶液的步骤为:首先将氧化石墨烯颗粒加入到DMF分析纯或NMP分析纯中,超声30...

【专利技术属性】
技术研发人员:太惠玲叶学亮袁震蒋亚东谢光忠杜晓松
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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