一种铁电聚合物电卡材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铁电聚合物电卡材料及其制备方法，其中铁电聚合物电卡材料为聚偏氟乙烯(PVDF)基铁电聚合物电卡纳米线阵列，该聚偏氟乙烯基铁电聚合物电卡纳米线阵列还内嵌于多孔阳极氧化铝AAO模板中。本发明专利技术是将聚偏氟乙烯基铁电聚合物电卡材料控制形成纳米线阵列，并将该纳米线阵列还内嵌于多孔阳极氧化铝AAO模板中，通过溶液浸润法在多孔阳极氧化铝AAO模板中制备该铁电聚合物纳米线阵列，通过对关键的铁电聚合物的形貌、结构、内部微观连接构造等进行改进，与现有技术相比能够有效解决铁电聚合物电卡强度低、电卡材料内的热传导困难、电卡器件的制冷功率密度低等问题。

Ferroelectric polymer electric card material and preparation method thereof

The invention discloses an ferroelectric polymer electric card material and a preparation method, in which the ferroelectric polymer electric card material is polyvinylidene fluoride (PVDF) based ferroelectric polymer electric card nanowire array, and the polyvinylidene fluoroethylene based ferroelectric card nanowire array is embedded in the multi Kong Yang polar alumina AAO template. The present invention is to control the polyvinylidene ferroelectric polymer electric card material to form nanowire array, and the nanowire array is embedded in the porous anodic alumina AAO template. The nanowire array is prepared by the solution infiltration method in the porous anodic alumina AAO template, and the key ferroelectric polymer is obtained. Compared with the existing technology, it can effectively solve the problems of low strength of ferroelectric polymer electric card, difficult heat conduction in electric card materials and low power density of electric card devices.

【技术实现步骤摘要】
一种铁电聚合物电卡材料及其制备方法
本专利技术属于制冷
，更具体地，涉及一种铁电聚合物电卡材料及其制备方法，制得的电卡材料可用于新型固态制冷技术，尤其涉及铁电聚合物电卡纳米线阵列及其制备方法。
技术介绍
制冷技术被广泛用于工业、军事、医疗和日常生活中。目前绝大多数制冷设备使用传统压缩制冷技术，而这种制冷方式存在制冷效率低、设备难以小型化等问题，并且压缩制冷所使用的制冷剂对环境造成了严重破坏，人们亟待寻找新型的制冷方式。电卡制冷是一种新型制冷方式。电卡材料利用外加电场来激发其体内的相变，并借助相变引起的吸热作用实现制冷。电卡制冷属于固态制冷、无需对环境有危害的制冷剂，且具有制冷效率高、能耗低、易于小型化等特点，在制冷
受到了广泛关注。近年来，铁电聚合物展现出较强的电卡效应，且易成型、重量轻，是电卡制冷器件和技术的重要材料之一。然而，铁电聚合物电卡强度较低(即较强的电卡效应须要较高的电场来激发)，这给电卡制冷器件的设计带来了极大的难度，并使器件的稳定性和可靠性降低；与此同时，铁电聚合物的热导率低，电卡材料内的热传导困难，严重制约了电卡器件的制冷功率密度。因此，开发在低电场下具有强电卡效应和良好导热能力的电卡材料具有重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种铁电聚合物电卡材料及其制备方法，其中通过对关键的铁电聚合物的形貌、结构、内部微观连接构造(尤其是相对应的热传导微观机制)，以及对应制备方法的整体流程设计及各个关键步骤的条件与参数等进行改进，与现有技术相比能够有效解决铁电聚合物电卡强度低、电卡材料内的热传导困难、电卡器件的制冷功率密度低等问题，本专利技术是将聚偏氟乙烯基铁电聚合物电卡材料控制形成纳米线阵列，并将该纳米线阵列还内嵌于多孔阳极氧化铝AAO模板中，通过溶液浸润法在多孔阳极氧化铝AAO模板中制备该铁电聚合物纳米线阵列，一方面利用AAO多孔模板的纳米应力限制效应诱导铁电聚合物结晶行为的改变从而提升其电卡效应，另一方面将热导率高的AAO管壁作为高速导热通道，加速电卡材料与冷热端的热传递、提高电卡材料在工作中的制冷功率密度，使得铁电聚合物电卡材料在较低的电场下具有较强的电卡效应和良好的热传导能力，是一种尤其适用于新型固体制冷的铁电聚合物电卡材料。并且，本方法的制备工艺简单、易于实施，在电卡制冷领域有着重要的使用价值和良好的应用前景。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种铁电聚合物电卡材料，其特征在于，该铁电聚合物电卡材料为聚偏氟乙烯(PVDF)基铁电聚合物电卡纳米线阵列，该聚偏氟乙烯基铁电聚合物电卡纳米线阵列还内嵌于多孔阳极氧化铝AAO模板中。作为本专利技术的进一步优选，所述聚偏氟乙烯基铁电聚合物为聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))，或聚偏氟乙烯-三氟乙烯-氯代偏氟乙烯(P(VDF-TrFE-CFE))；优选的，所述多孔阳极氧化铝AAO模板的孔径为30纳米～450纳米，厚度为10微米～500微米。按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种铁电聚合物电卡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、对多孔阳极氧化铝AAO模板进行退火处理；B、以聚偏氟乙烯(PVDF)基铁电聚合物为原料，将该原料溶于溶剂，得到均匀混合的铁电聚合物溶液；C、将所述铁电聚合物溶液浸润并贯穿于所述步骤A得到的所述多孔阳极氧化铝AAO模板的通孔；D、在真空加热条件下使位于所述多孔阳极氧化铝AAO模板中的铁电聚合物溶液中的溶剂挥发；E、将所述步骤D得到的所述多孔阳极氧化铝AAO模板置于烘箱中进行退火处理，即可得到位于所述多孔阳极氧化铝AAO模板中的铁电聚合物电卡材料。作为本专利技术的进一步优选，所述铁电聚合物电卡材料的制备方法，还包括步骤：F、在所述步骤E处理得到的所述多孔阳极氧化铝AAO模板的上表面和下表面分别制备电极，该多孔阳极氧化铝AAO模板任一孔隙内的铁电聚合物电卡材料则用于连接分别位于所述上表面和所述下表面上的电极。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤A中，所述多孔阳极氧化铝AAO模板是采用电化学方法制备得到的，其孔径为30纳米～450纳米，厚度为10微米～500微米。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤A中，所述退火处理的温度为600摄氏度～1300摄氏度。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤B中，所述聚偏氟乙烯基铁电聚合物为聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))，或聚偏氟乙烯-三氟乙烯-氯代偏氟乙烯(P(VDF-TrFE-CFE))；优选的，所述步骤B中，所述溶剂为有机溶剂，优选为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、磷酸三乙酯(TEP)和二甲基硫(DMS)中任意一种或任意几种的混合物；所述步骤B得到的所述铁电聚合物溶液的浓度为5wt％～40wt％。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤C是将所述铁电聚合物溶液滴涂于所述多孔阳极氧化铝AAO模板的表面，使该溶液浸润并贯穿于所述多孔阳极氧化铝AAO模板的通孔。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤D中，所述挥发是在30摄氏度～100摄氏度的温度下保温2小时～24小时。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤E中，所述退火处理是在60摄氏度～160摄氏度的温度下处理5小时～28小时。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于将聚偏氟乙烯基铁电聚合物电卡材料控制形成纳米线阵列，与传统模板法在制备纳米线后去掉多孔阳极氧化铝AAO模板不同，本专利技术先通过对多孔阳极氧化铝AAO模板进行退火处理(并对退火温度进行优选)以提升其热导率，并且还保留了多孔阳极氧化铝AAO模板，使纳米线阵列内嵌于多孔阳极氧化铝AAO模板中，以多孔阳极氧化铝AAO模板作为该电卡材料的内部微观连接构造，形成相对应的热传导微观机制，并进一步对聚偏氟乙烯基铁电聚合物纳米线阵列的形貌、结构(如纳米线的长度及直径)，也即多孔阳极氧化铝AAO模板的通孔形貌、结构(如孔径、厚度)进行优选，能够：(1)提高铁电聚合物电卡材料的电卡强度，使其在较低的外加电场下获得较强的电卡效应；(2)解决铁电聚合物中热传导困难的问题。本专利技术与传统的铁电聚合物薄膜电卡材料相比，首次将铁电聚合物的电卡强度提高了3倍(表1，该表1所针对的铁电聚合物纳米线阵列对应本专利技术后续实施例1)；另外，本专利技术通过退火处理提升多孔阳极氧化铝AAO模板的热导率，也能有效提高电卡材料的制冷功率密度，例如，当传统的铁电聚合物薄膜与内嵌于AAO中的纳米线阵列的厚度均为100微米时，材料充分传热的时间由500毫秒缩短至30毫秒，电卡材料在25赫兹的工作频率下的制冷功率密度提高了5倍(表1)。表1铁电聚合物纳米线阵列与薄膜的电卡性能对比此外，本专利技术还通过对制备方法中关键的退火处理工艺进行优选，其中所使用的多孔阳极氧化铝AAO模板的退火处理温度优选为600摄氏度～1300摄氏度，后续形成的多孔阳极氧化铝AAO模板内嵌有聚偏氟乙烯基铁电聚合物电卡纳米线阵列的电卡材料整体的退火处理温度优选为60摄氏度～160摄氏度，通过控制各项参数，可有效降低该电卡材料整体的组织缺陷，提高电卡强度及制冷功率密度。附图说明图1为本专利技术流程步骤示意图。图2为内嵌在AAO模板中的聚合物纳米线阵列表面电子扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁电聚合物电卡材料，其特征在于，该铁电聚合物电卡材料为聚偏氟乙烯(PVDF)基铁电聚合物电卡纳米线阵列，该聚偏氟乙烯基铁电聚合物电卡纳米线阵列还内嵌于多孔阳极氧化铝AAO模板中。

【技术特征摘要】
1.一种铁电聚合物电卡材料，其特征在于，该铁电聚合物电卡材料为聚偏氟乙烯(PVDF)基铁电聚合物电卡纳米线阵列，该聚偏氟乙烯基铁电聚合物电卡纳米线阵列还内嵌于多孔阳极氧化铝AAO模板中。2.如权利要求1所述铁电聚合物电卡材料，其特征在于，所述聚偏氟乙烯基铁电聚合物为聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))，或聚偏氟乙烯-三氟乙烯-氯代偏氟乙烯(P(VDF-TrFE-CFE))；优选的，所述多孔阳极氧化铝AAO模板的孔径为30纳米～450纳米，厚度为10微米～500微米。3.一种铁电聚合物电卡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、对多孔阳极氧化铝AAO模板进行退火处理；B、以聚偏氟乙烯(PVDF)基铁电聚合物为原料，将该原料溶于溶剂，得到均匀混合的铁电聚合物溶液；C、将所述铁电聚合物溶液浸润并贯穿于所述步骤A得到的所述多孔阳极氧化铝AAO模板的通孔；D、在真空加热条件下使位于所述多孔阳极氧化铝AAO模板中的铁电聚合物溶液中的溶剂挥发；E、将所述步骤D得到的所述多孔阳极氧化铝AAO模板置于烘箱中进行退火处理，即可得到位于所述多孔阳极氧化铝AAO模板中的铁电聚合物电卡材料。4.如权利要求3所述铁电聚合物电卡材料的制备方法，其特征在于，所述铁电聚合物电卡材料的制备方法，还包括步骤：F、在所述步骤E处理得到的所述多孔阳极氧化铝AAO模板的上表面和下表面分别制备电极，该多孔阳极氧化铝AAO模板任一孔隙内的铁电聚合物电卡材料则用于连接分别位于所述上表面和所述下表面上的电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：张光祖，胡昭耀，翁灵兮，姜胜林，李明钰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42