纳米颗粒填料、硅橡胶复合材料及其制备方法技术

一种用于制备复合绝缘材料的纳米颗粒填料，包括CCTO纳米颗粒和沉积到所述CCTO纳米颗粒表面的ZnO，形成为以CCTO颗粒为核，ZnO颗粒为卫星的纳米包覆结构。一种所述的纳米颗粒填料的制备方法，采用醋酸锌、氢氧化钠和CCTO纳米颗粒进行核‑卫星CCTO@ZnO纳米颗粒的合成，合成过程中利用醋酸锌和氢氧化钠的反应将ZnO沉积到CCTO纳米颗粒表面，从而形成纳米包覆结构。掺杂本发明专利技术的纳米颗粒填料的硅橡胶复合材料具有优异的非线性压敏电导和介电特性，可以用于高电压绝缘材料，达到很好的均匀电场的效果。

Nano particle filler and silicone rubber composite and its preparation method

A nanoparticle filler for preparing composite insulating materials, including CCTO nanoparticles and ZnO deposited on the surface of CCTO nanoparticles, is formed as a nano coating structure with CCTO particles as core and ZnO particles as satellite. Preparation method of nano particle filler for the synthesis of the nuclear satellite CCTO@ZnO nanoparticles by using zinc acetate, sodium hydroxide and CCTO nanoparticles, using zinc acetate and sodium hydroxide reaction in the synthesis process of ZnO deposited onto the surface of CCTO nanoparticles to form nano coating structure. The silicone rubber composite material doped with the nano particle filler has excellent nonlinear pressure sensitive conductance and dielectric properties, and can be applied to high voltage insulation materials to achieve a good uniform electric field effect.

【技术实现步骤摘要】
纳米颗粒填料、硅橡胶复合材料及其制备方法
本专利技术涉及绝缘材料领域，尤其是一种纳米颗粒填料、硅橡胶复合材料及其制备方法。
技术介绍
非线性绝缘电介质系指其介电参数随电场变化而变化的绝缘材料。场致增强型非线性绝缘电介质在不均匀电场中具有自行调控电场分布、避免电场集中的功能，为此被称为智能绝缘材料。这类材料的制备可通过在绝缘聚合物中添加纳米或微米无机半导体填料来实现。非线性的电导特性，以添加ZnO、SiC的场致非线性复合材料为例，其非线性来源于分散在聚合物基体中的填料颗粒之间的有效接触界面。填料颗粒之间的界面上由于各种原因积聚了界面电荷并导致能带弯曲，从而形成了某种形式的背靠背Schottlky势垒，使得复合材料呈现非线性的电导特性。非线性介电特性，指在一定电场强度范围内，极化强度随电场强度的变化呈非线性关系。一般铁电体都是非线性介电材料。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种纳米颗粒填料、掺杂该纳米颗粒填料的硅橡胶复合材料、该纳米颗粒填料及该硅橡胶复合材料的制备方法，掺杂该纳米颗粒填料的该硅橡胶复合材料具有优秀的非线性电导和介电特性。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于制备复合绝缘材料的纳米颗粒填料，包括CCTO纳米颗粒和沉积到所述CCTO纳米颗粒表面的ZnO，形成为以CCTO颗粒为核，ZnO颗粒为卫星的纳米包覆结构。一种所述的纳米颗粒填料的制备方法，采用醋酸锌、氢氧化钠和CCTO纳米颗粒进行核-卫星CCTO@ZnO纳米颗粒的合成，合成过程中利用醋酸锌和氢氧化钠的反应将ZnO沉积到CCTO纳米颗粒表面，从而形成纳米包覆结构。进一步地：包括如下步骤：S1、将无水醋酸锌和CCTO纳米颗粒溶于去离子水中，高速搅拌形成醋酸锌和CCTO的混合水溶液；S2、保持醋酸锌和CCTO水溶液处于高速搅拌中，将NaOH水溶液逐滴加入，滴加完毕后，继续搅拌预定时间；S3、过滤出最终的产品，干燥得到所述核-卫星CCTO@ZnO纳米填料。步骤S1中，以800r/min的速度持续搅拌30min，步骤S2中，滴加完毕后，继续搅拌5h。步骤S1中，所述无水醋酸锌和所述CCTO纳米颗粒的质量比为1.15：1～1.25：1。所述去离子水与所述NaOH水溶液的体积比为1:1，所述NaOH水溶液为0.1M。步骤S2中，滴加完毕后，继续搅拌5h，得到的溶液在100℃下回流5h后，自然冷却至室温，该过程中保持溶液的搅拌状态。步骤S3中，用0.22μm的滤膜，使用液相过滤器，采用真空抽滤的方式，过滤出最终的产品。一种硅橡胶复合材料，掺杂有所述的纳米颗粒填料。一种所述的硅橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：填料表面处理：对如权利要求1所述的纳米颗粒填料进行球磨，球磨后干燥；混料：将硅橡胶加入白炭黑，在捏合机中混合，加入硫化剂，在开炼机上充分混合，并加入白云母，再将预处理过的纳米颗粒填料添加到硅橡胶中，继续混合；硫化：在硫化机上将添加了纳米颗粒填料的硅橡胶复合材料硫化。二次硫化：进行硅橡胶样品的二次硫化。优选地，所述硅橡胶为110甲基乙烯基硅橡胶。本专利技术的有益效果：掺杂本专利技术的纳米颗粒填料的硅橡胶复合材料，满足IBLC模型，具有优异的非线性压敏电导和介电特性，可以用于高电压绝缘材料，达到很好的均匀电场的效果。将本专利技术的核-卫星CCTO@ZnO纳米颗粒作为填料掺杂到硅橡胶中得到的硅橡胶复合材料，将CCTO与ZnO之间的无机-无机界面引入，置于无机-有机界面中，改变界面结构，所得硅橡胶复合材料在获得优异的非线性压敏电导特性之余，同时获得较好的非线性压敏介电特性。相比于直接添加氧化锌粉体以及CCTO粉体或者二者共同混合，掺杂本专利技术的核-卫星CCTO@ZnO纳米颗粒的硅橡胶复合材料，可以达到更好均匀电场的效果，而且还能节约用料，并增强粉体性能。附图说明图1为本专利技术实施例的核-卫星CCTO@ZnO纳米颗粒的合成流程图；图2为本专利技术实施例的核-卫星CCTO@ZnO掺杂的纳米复合材料合成流程图；图3为本专利技术实施例的CCTO@ZnO(b)掺杂质量分数为40％时的硅橡胶复合材料的电导率随电场变化的测试结果；图4为本专利技术实施例的CCTO@ZnO(b)掺杂质量分数为40％时的硅橡胶复合材料的介电常数随电场变化的测试结果。具体实施方式以下对本专利技术的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。在一种实施例中，一种用于制备复合绝缘材料的纳米颗粒填料，包括CCTO纳米颗粒和沉积到所述CCTO纳米颗粒表面的ZnO，形成为以CCTO颗粒为核，ZnO颗粒为卫星的纳米包覆结构。在另一种实施例中，一种所述的纳米颗粒填料的制备方法，采用醋酸锌、氢氧化钠和CCTO纳米颗粒进行核-卫星CCTO@ZnO纳米颗粒的合成，合成过程中利用醋酸锌和氢氧化钠的反应将ZnO沉积到CCTO纳米颗粒表面，从而形成纳米包覆结构。参阅图1，在一种优选实施例中，纳米颗粒填料的制备方法包括如下步骤：S1、将无水醋酸锌和CCTO纳米颗粒溶于去离子水中，高速搅拌形成醋酸锌和CCTO的混合水溶液；S2、保持醋酸锌和CCTO水溶液处于高速搅拌中，将NaOH水溶液逐滴加入，滴加完毕后，继续搅拌预定时间；S3、过滤出最终的产品，干燥得到所述核-卫星CCTO@ZnO纳米填料。在优选实施例中，步骤S1中，以800r/min的速度持续搅拌30min，步骤S2中，滴加完毕后，继续搅拌5h。在优选实施例中，步骤S1中，所述无水醋酸锌和所述CCTO纳米颗粒的质量比为1.15：1～1.25：1。在优选实施例中，所述去离子水与所述NaOH水溶液的体积比为1:1，所述NaOH水溶液为0.1M。在优选实施例中，步骤S2中，滴加完毕后，继续搅拌5h，得到的溶液在100℃下回流5h后，自然冷却至室温，该过程中保持溶液的搅拌状态。在优选实施例中，步骤S3中，用0.22μm的滤膜，使用液相过滤器，采用真空抽滤的方式，过滤出最终的产品。在又一种实施例中，一种硅橡胶复合材料，掺杂有所述的纳米颗粒填料。在又一种实施例中，一种所述的硅橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：填料表面处理：对如权利要求1所述的纳米颗粒填料进行球磨，球磨后干燥；混料：将硅橡胶加入白炭黑，在捏合机中混合，加入硫化剂，在开炼机上充分混合，并加入白云母，再将预处理过的纳米颗粒填料添加到硅橡胶中，继续混合；硫化：在硫化机上将添加了纳米颗粒填料的硅橡胶复合材料硫化。二次硫化：进行硅橡胶样品的二次硫化。在优选实施例中，所述硅橡胶为110甲基乙烯基硅橡胶。以下进一步描述具体实施例。核-卫星CCTO@ZnO纳米颗粒的合成采用醋酸锌、氢氧化钠和CCTO纳米颗粒进行核-卫星CCTO@ZnO纳米颗粒的合成，合成过程利用醋酸锌和氢氧化钠的经典反应将ZnO沉积到CCTO纳米颗粒表面，从而形成包覆结构，具体实验反应流程如图1所示，包括如下步骤：1)将1.468g(0.008mol)无水醋酸锌和1.228gCCTO纳米颗粒溶于800mL去离子水中，以800r/min的速度持续高速搅拌30min，形成醋酸锌和CCTO的混合水溶液；2)保持醋酸锌和CCTO水溶液处于高速搅拌中，将800mL的0.1M的NaOH水溶液逐滴加入，滴加完毕本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备复合绝缘材料的纳米颗粒填料，其特征在于,包括CCTO纳米颗粒和沉积到所述CCTO纳米颗粒表面的ZnO，形成为以CCTO颗粒为核，ZnO颗粒为卫星的纳米包覆结构。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备复合绝缘材料的纳米颗粒填料，其特征在于,包括CCTO纳米颗粒和沉积到所述CCTO纳米颗粒表面的ZnO，形成为以CCTO颗粒为核，ZnO颗粒为卫星的纳米包覆结构。2.一种如权利要求1所述的纳米颗粒填料的制备方法，其特征在于,采用醋酸锌、氢氧化钠和CCTO纳米颗粒进行核-卫星CCTO@ZnO纳米颗粒的合成，合成过程中利用醋酸锌和氢氧化钠的反应将ZnO沉积到CCTO纳米颗粒表面，从而形成纳米包覆结构。3.如权利要求2所述的纳米颗粒填料的制备方法，其特征在于,包括如下步骤：S1、将无水醋酸锌和CCTO纳米颗粒溶于去离子水中，高速搅拌形成醋酸锌和CCTO的混合水溶液；S2、保持醋酸锌和CCTO水溶液处于高速搅拌中，将NaOH水溶液逐滴加入，滴加完毕后，继续搅拌预定时间；S3、过滤出最终的产品，干燥得到所述核-卫星CCTO@ZnO纳米填料。4.如权利要求3所述的纳米颗粒填料的制备方法，其特征在于,步骤S1中，以800r/min的速度持续搅拌30min，步骤S2中，滴加完毕后，继续搅拌5h。5.如权利要求3所述的纳米颗粒填料的制备方法，其特征在于,步骤S1中，所述无水醋酸锌和所述CCTO...

【专利技术属性】
技术研发人员：王希林，郭聚一，王俊，徐笑然，姚有为，贾志东，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44