一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质及其制备方法技术

一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质及其制备方法，它属于多铁性复合介质的制备技术领域。本发明专利技术要解决的为材料结构制备工艺复杂生长条件苛刻难以调节和控制的技术问题。本发明专利技术首先采用溶胶‑凝胶法和静电纺丝技术制备具有大长径比的无机纤维填充相，然后采用水热合成法对其进行钛酸钡包覆，随后与P(VDF‑TrFE)复合并进行热压处理，得到致密的高定向所述的一种一维核壳结构纳米纤维聚偏氟乙烯柔性多铁复合介质。本发明专利技术并通过在复合介质面内施加不同方向的磁场，观察到此复合介质存在明显的磁各向异性，在面内相比于垂直于纤维方向，沿纤维方向拥有更大的饱和磁化强度和剩余磁化强度。这一性质使得复合介质拥有更独特的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质及其制备方法
本专利技术属于多铁性复合介质的制备
；具体涉及一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质及其制备方法。
技术介绍
随着大数据时代的到来，不断产生的信息量呈爆炸式增长，对数据的存储能力(容量、速度)提出了严峻的挑战。磁存储是目前最重要的存储技术，由于“磁写磁读”原理和微电子工艺的限制其存储速度已趋近极限，如何提高存取速度是当前面临的重要问题。因此，研发新型的“读写”技术已成为国内外研究的重要趋势，在众多的读写技术中，利用多铁性材料磁电耦合效应(既可以通过磁场改变材料的电性，也可以通过电场调控材料的磁性)的“电写磁读”技术由于具有速度快、功耗低、非易失性等优点备受关注。而在室温下具有强磁电耦合效应的多铁性材料是实现“电写磁读”技术的前提和基础，其中铁电铁磁材料就是目前讨论最多的一种多铁性材料。复合多铁介质主要有三种类型，根据连通可以分为：0-3型颗粒复合、2-2型叠层结构、1-3型柱状结构。其中铁磁相作为一维柱状形态嵌于铁电材料基体中得到复合介质。这种连通结构使得铁电相和铁磁相的两相接触面积增大，有利于产生强的磁电耦合。但是目前由于这种结构制备工艺比较复杂，生长条件比较苛刻难以调节和控制，在实际应用中受到了很大的限制。
技术实现思路
本专利技术目的是提供了一种工艺可控性强，易于操作的具有较好多铁性能的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质及其制备方法。本专利技术通过以下技术方案实现：一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法，包括如下步骤：步骤a、制备CoFe2O4纳米纤维；步骤b、制备核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维；步骤c、制备CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质；步骤d、制备一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质。本专利技术所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法，步骤a中CoFe2O4纳米纤维的制备方法包括如下步骤：步骤a1、按照物质的量的比分别称量一定质量的六水合销酸钴、九水合硝酸铁、柠檬酸，待用；步骤a2、将步骤a1称量好的六水合销酸钴、九水合硝酸铁加入乙醇溶液中，搅拌均匀后加入柠檬酸，继续搅拌至混合溶液澄清后，得到混合溶液，待用；步骤a3、将步骤a2得到的混合溶液中继续加入聚乙烯吡咯烷酮，混合溶液与聚乙烯吡咯烷酮的料液比为10ml/0.4～0.6g，在常温下继续搅拌10～12小时，得到CoFe2O4前驱体溶液，加入注射器中进行静电纺丝，得到CoFe2O4前驱体纤维；步骤a4、将步骤a3得到的CoFe2O4前驱体纤维置于马弗炉内烧结，得到CoFe2O4纳米纤维。本专利技术所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法，步骤a1中六水合销酸钴、九水合硝酸铁、柠檬酸的物质的量的比为1:2:3；步骤a2中六水合销酸钴、九水合硝酸铁的混合物与乙醇溶液搅拌均匀后得到的混合溶液中钴离子浓度为0.2～0.3mol/L，所述的乙醇溶液的浓度为70vol％。本专利技术所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法，步骤a3中所述静电纺丝，注射器的推进速度设置为0.1～0.2mm/min，接收器转速为60～100r/min，注射器至接收器的距离为10～20cm，设置注射器静电脉冲电压V+为10～20kV，接收滚筒静电脉冲电压V－为10～20kV；步骤a4中马弗炉烧结温度为500～700℃，烧结时间为2～4h。本专利技术所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法，步骤b中核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：步骤b1、按照料液比分别称量CoFe2O4纳米纤维、十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、蒸馏水，将正丁醇、十六烷基三甲基溴化铵、蒸馏水混合均匀后，加入称量好的CoFe2O4纳米纤维，超声分散均匀后，得到CoFe2O4纳米纤维混合溶液，待用；步骤b2、按照步骤b1中CoFe2O4和钛酸四丁酯的物质的量的比为1:2，称量一定质量的钛酸四丁酯，将称量好的钛酸四丁酯加入正丁醇中，搅拌20～40min后，在搅拌的条件下缓慢滴入步骤b1得到的CoFe2O4纳米纤维混合溶液，得到CoFe2O4@TiO2纳米纤维用无水乙醇，洗涤干燥后，待用；步骤b3、按照步骤b2中钛酸四丁酯和八水合氢氧化钡的物质的量的比为1:1.2，称量一定质量的八水合氢氧化钡，然后将步骤b2得到的CoFe2O4@TiO2纳米纤维、八水合氢氧化钡、蒸馏水加入水热反应釜，然后放入烘箱中加热到200℃，保温4h，得到核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维。本专利技术所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法，步骤b1中CoFe2O4纳米纤维、十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、蒸馏水的料液比为0.459～6.36g:0.4～5g:150～2000ml:10～100ml；步骤b2中正丁醇和步骤b1得到的CoFe2O4纳米纤维混合溶液的体积比为4～50:16～210；步骤b3中的蒸馏水的加入量为水热反应釜体积的2/3。本专利技术所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法，步骤c中CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质的制备方法包括如下步骤：步骤c1、按照步骤b1中所用的CoFe2O4纳米纤维的质量，称量一定质量的P(VDF-TrFE)粉末、一定体积的N,N-二甲基甲酰胺溶液，待用；步骤c2、将步骤b制得的核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维加入步骤c1称量好的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，超声震荡至均匀分散，然后加入步骤c1称量好的P(VDF-TrFE)粉末，超声均匀后，得到CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相的P(VDF-TrFE)混合溶液，待用；步骤c3、将步骤c2得到的CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相的P(VDF-TrFE)混合溶液加入注射器中进行高速定向静电纺丝，得到CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合湿膜，待用；步骤c4、将步骤c3得到的CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合湿膜放在真空烘箱内进行烘干处理，得到CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质。本专利技术所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法，步骤c1中按照步骤b1中所用的CoFe2O4纳米纤维的质量、P(VDF-TrFE)粉末、N,N-二甲基甲酰胺溶液的料液比为0.459～6.36g:5g:50ml称量P(VDF-TrFE)粉末、N,N-二甲基甲酰胺溶液；步骤c2超声震荡的频率为60W，超声震荡的时间为5～30min；步骤c3中高速定向静电纺丝接收器转速为2000～3000r/min，注射器的推进速度设置为0.1～0.2mm/min，注射器至接收器的距离为10～20cm，设置注射器静电脉冲电压V+为12～20kV，接收滚筒静电脉冲电压V－为12～20kV；步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤a、制备CoFe

【技术特征摘要】
1.一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤a、制备CoFe2O4纳米纤维；
步骤b、制备核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维；
步骤c、制备CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质；
步骤d、制备一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质。


2.根据权利要求1所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法，其特征在于：步骤a中CoFe2O4纳米纤维的制备方法包括如下步骤：
步骤a1、按照物质的量的比分别称量一定质量的六水合销酸钴、九水合硝酸铁、柠檬酸，待用；
步骤a2、将步骤a1称量好的六水合销酸钴、九水合硝酸铁加入乙醇溶液中，搅拌均匀后加入柠檬酸，继续搅拌至混合溶液澄清后，得到混合溶液，待用；
步骤a3、将步骤a2得到的混合溶液中继续加入聚乙烯吡咯烷酮，混合溶液与聚乙烯吡咯烷酮的料液比为10ml/0.4～0.6g，在常温下继续搅拌10～12小时，得到CoFe2O4前驱体溶液，加入注射器中进行静电纺丝，得到CoFe2O4前驱体纤维；
步骤a4、将步骤a3得到的CoFe2O4前驱体纤维置于马弗炉内烧结，得到CoFe2O4纳米纤维。


3.根据权利要求2所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法，其特征在于：步骤a1中六水合销酸钴、九水合硝酸铁、柠檬酸的物质的量的比为1:2:3；步骤a2中六水合销酸钴、九水合硝酸铁的混合物与乙醇溶液搅拌均匀后得到的混合溶液中钴离子浓度为0.2～0.3mol/L，所述的乙醇溶液的浓度为70vol％。


4.根据权利要求2所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法，其特征在于：步骤a3中所述静电纺丝，注射器的推进速度设置为0.1～0.2mm/min，接收器转速为60～100r/min，注射器至接收器的距离为10～20cm，设置注射器静电脉冲静电脉冲电压V+为10～20kV，接收滚筒静电脉冲静电脉冲电压V－为10～20kV；步骤a4中马弗炉烧结温度为500～700℃，烧结时间为2～4h。


5.根据权利要求1所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法，其特征在于：步骤b中核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：
步骤b1、按照料液比分别称量CoFe2O4纳米纤维、十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、蒸馏水，将正丁醇、十六烷基三甲基溴化铵、蒸馏水混合均匀后，加入称量好的CoFe2O4纳米纤维，超声分散均匀后，得到CoFe2O4纳米纤维混合溶液，待用；
步骤b2、按照步骤b1中CoFe2O4和钛酸四丁酯的物质的量的比为1:2，称量一定质量的钛酸四丁酯，将称量好的钛酸四丁酯加入正丁醇中，搅拌20～40min后，在搅拌的条件下缓慢滴入步骤b1得到的CoFe2O4纳米纤维混合溶液，得到CoFe2O4@TiO2纳米纤维用无水乙醇，洗涤干燥后，待用；
步骤b3、按照步骤b2中钛酸四丁酯和八水合氢氧化钡的物质的量的比为1:1.2，称量一定质量的八水合氢氧化钡，然后将步骤b2得到的CoFe2O4@TiO2纳米纤维、八水合氢氧化钡、蒸馏水加入水热反应釜，然后放入烘箱中加热到200℃，保温4h，得到核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维。

【专利技术属性】
技术研发人员：冯宇，张煜，迟庆国，梁剑，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23