一种PbTiO制造技术

本发明专利技术公开了一种PbTiO

【技术实现步骤摘要】
一种PbTiO3纳米片与PI复合的高温电介质储能材料及制备方法
本专利技术属于介电储能领域，具体提供一种PbTiO3纳米片与PI复合的高温电介质储能材料及制备方法。
技术介绍
目前，世界各国普遍面临能源枯竭的难题，对新能源的开发有很高的需求。清洁的可再生能源如太阳能、风能和地热能等普遍具有间歇性和不可控性，因此需要将其进行收集、储存和转换。介电储能电容器可在极短的时间内释放储存的能量，产生大的功率脉冲，这使其在脉冲功率系统、尤其是在混合动力汽车和并网光伏发电等方面具有广阔的应用前景。实际应用中往往是高功率和高温的工作条件，如混动汽车逆变器中的电容器工作温度为140℃，地下油气勘探中达250℃以上。因此，迫切需要开发出适应高温的电介质材料。目前商用的介电储能电容器通常采用双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)作为介质材料，但其储能密度只有2~3J/cm3，可以承受的工作温度也在85℃以下。聚偏氟乙烯(PVDF)及其衍生物,具有较高储能密度(>15J/cm3)。然而，PVDF基铁电聚合物其工作温度也低于125℃。就复合电介质而言，选取高温的聚合物基体材料、高居里温度（TC）的陶瓷填充材料，并构筑特殊的填充体模式十分关键。目前，未有此方面的文献报道或专利公开。
技术实现思路
为解决上述技术问题本专利技术提供一种PbTiO3纳米片与PI复合的高温介质储能材料及其制备方法。本专利技术提出具有高居里点（470℃）的PbTiO3纳米片阵列与高温聚合物聚酰亚胺（PI，工作温度达450℃）进行复合形成的高温储能电介质，通过填充体的二维规则构型提升复合材料的储能密度。本专利技术所述PbTiO3纳米片阵列的特征为：1）PbTiO3纳米片尺寸：纳米片长和宽为10μm~30μm，厚度10nm~300nm；2）PbTiO3纳米片物相为四方相；3）PbTiO3纳米片以垂直于基底的方式有序排列，彼此之间的空隙50μm~20μm；本专利技术所述种PbTiO3纳米片阵列与PI复合的高温介质储能材料，其厚度30μm~50μm；工作温度范围为室温至400℃；能量密度14J/cm3以上。制备所述PI/PbTiO3纳米片阵列高温复合介质材料的方法，包括如下步骤：1）在50毫升烧杯中，将浓盐酸（36%~38%）与去离子水按1：2的比例进行稀释，配置盐酸溶液。向其中加入1.7%体积分数的钛酸四丁酯，将混合物搅拌，混合均匀，然后加入0.19%体积分数的六氟钛酸铵，再搅拌。2）将溶液转移到高压反应釜中，向其中加入有一块FTO导电玻璃，将导电面朝上。进行水热反应。反应后，高压釜冷却至室温后，用去离子水洗涤FTO衬底，然后干燥。在500℃~600℃下退火1h~3h。3）将在FTO上生长的TiO2纳米片阵列，加入到摩尔浓度为5mol/L～10mol/L/的乙酸铅水溶液，水热反应得到PbTiO3纳米片阵列。4）将生长PbTiO3纳米片阵列的FTO放在匀胶机上，将加入了一定量消泡剂的PI溶液涂抹均匀，最后进行固化处理。所述步骤1）加入1.7%体积比的钛酸四丁酯搅拌10分钟，加入0.19%体积比的六氟钛酸铵再搅拌30分钟。所述步骤2）水热处理在160~200℃下进行12~14h。所述步骤2）在80℃下干燥。退火在500~600℃下进行2~4h。所述步骤3）加入的乙酸铅水溶液体积百分数为20-80%，在200-300℃保温1-10小时。所述步骤4）匀胶机先以0.2~0.5千转/分旋转10s，然后以8.5~9.5千转/分旋转1min。所述步骤4）PI溶液的配方为：在带有机械搅拌装置、回流冷凝裝置的100mL三口烧瓶中分别加入一定量的间-甲酚和质量分数为3.2%的(3.19mmol)ODA，开动机械搅拌直至ODA全部溶解在间甲酚中,并在2h内分批加入质量分数为8.3%(3.19mmol)BPADA,使整个溶液的固含量约为10%,继续搅拌3h后得到聚酰胺酸(PAA)。然后在氮气保护下，加入体积分数为4%的异喹啉,并将温度逐渐升至200°C,保温一段时间后得到PI溶液。所述步骤4）固化处理，，于40~60℃处理0.5h，接着分别于80~100℃，140~160℃，190~210℃和240~260℃处理1h，280~300℃下处理2h。本专利技术的技术效果体现在：本专利技术通过水热合成PbTiO3纳米片阵列，再通过原位聚合，制备得到PI/PbTiO3的复合材料。复合不仅有高温工作能力，还具有高的储能性能，此外，本专利技术还具有工艺简单、材料成本低廉的优点。其工作温度为室温至400℃；储能密度：14J/cm3以上，在高温电介质储能领域具有重要的意义。附图说明图1是PI/PbTiO3纳米片阵列复合材料的示意图。图2是PI/PbTiO3纳米片阵列复合材料的表面扫描电子显微镜图片图3是PI/PbTiO3纳米片阵列复合材料的介电常数频率曲线具体实施方式实施例1针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种PbTiO3纳米片阵列与PI复合的高温介质储能材料及制备方法。制备所述PbTiO3纳米片阵列与PI复合的高温介质储能材料的方法，包括如下步骤：1）在烧杯中混合13毫升盐酸和17毫升去离子水，然后加入1.7%体积分数的钛酸四丁酯。将混合物搅拌10分钟，然后加入0.19%体积分数的六氟钛酸铵，再搅拌30分钟。然后将溶液转移到高压釜中，在160℃下进行12小时的水热处理。在聚四氟乙烯内衬的圆柱形高压釜中，有一块FTO，其导电面朝上。高压釜冷却至室温后，用去离子水洗涤FTO基底，然后在80℃下干燥。将获得的TNS阵列膜在500℃下退火2小时。2）在以摩尔浓度为5摩尔/升乙酸铅水溶液为介质的条件下,以TiO2纳米片阵列为模板,加入50%体积百分数的水热反应溶液即乙酸铅水溶液,在200℃保温4小时后得到PbTiO3纳米片阵列。3）将生长PbTiO3纳米片阵列的FTO放在匀胶机上，将PI溶液涂抹均匀，先以0.2千转/分旋转10s，然后以8.5千转/分旋转1min。最后进行固化处理，于40℃处理0.5h，接着分别于80℃，140℃，190℃和240℃处理1h，280℃下处理2h。最终结果如图1和图2所示。最终所测得的介电常数（1kHz）为21（如图3所示），储能密度为14.8J/cm3，温度范围为室温至400℃。实施例2制备所述PbTiO3纳米片阵列与PI复合的高温介质储能材料的方法，包括如下步骤：1）在烧杯中混合16毫升盐酸和21毫升去离子水，然后加入1.7%体积分数的钛酸四丁酯。将混合物搅拌10分钟，然后加入0.19%体积分数的六氟钛酸铵，再搅拌30分钟。然后将溶液转移到高压釜中，在180℃下进行13小时的水热处理。在聚四氟乙烯内衬的圆柱形高压釜中，有一块FTO，其导电面朝上。高压釜冷却至室温后，用去离子水洗涤FTO基底，然后在80℃下干燥。将获得的TNS阵列膜在550℃下退火3小时。...

【技术保护点】
1.一种PbTiO

【技术特征摘要】
1.一种PbTiO3纳米片与PI复合的高温介质储能材料，其特征在于，在FTO导电的一面上生长出PbTiO3纳米片阵列，PI作为介质材料与生长有PbTiO3纳米片阵列的FTO复合。


2.根据权利要求1所述的一种PbTiO3纳米片与PI复合的高温介质储能材料，其特征在于，所述PbTiO3纳米片的长和宽均为10μm~30μm，厚度10nm~300nm；PbTiO3纳米片物相为四方相；PbTiO3纳米片以垂直于基底的方式有序排列，彼此之间的空隙为50μm~20μm。


3.根据权利要求1所述的一种PbTiO3纳米片与PI复合的高温介质储能材料，其特征在于，其厚度为30μm~50μm。


4.一种PbTiO3纳米片与PI复合的高温介质储能材料的方法，包括如下步骤：
1）在装有稀盐酸的反应容器内加入钛酸四丁酯，搅拌均匀，然后加入六氟钛酸铵，再搅拌；
2）在聚四氟乙烯内衬的圆柱形高压釜中，有一块FTO，其导电面朝上，将步骤1）中的溶液转移到高压釜中，进行水热处理；
3）高压釜冷却至室温后，用去离子水洗涤FTO衬底，然后干燥；
4）将步骤3）中获得的FTO在500℃~600℃下退火1h~3h，得到生长有TiO2阵列的FTO；
5）配置摩尔浓度为1～10摩尔/升乙酸铅水溶液，向步骤4）得到的生长有TiO2阵列的FTO中加入乙酸铅水溶液，保温后得到PbTiO3纳米片阵列；
6）将生长PbTiO3纳米片阵列的FTO放在匀胶机上，将PI溶液涂抹均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：简刚，封亮，张晨，邵辉，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32