一种双组分核壳结构粒子BT@PANI-四氧化三铁的制备及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种核壳结构粒子BT@PANI

【技术实现步骤摘要】
一种双组分核壳结构粒子BT@PANI
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四氧化三铁的制备及应用


[0001]本专利技术属于新材料开发领域，涉及一种具有双组分壳层核壳结构粒子BT@PANI
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Fe3O4的制备方法，同时涉及该核壳结构粒子在制备聚合物复合电介质材料中的应用。

技术介绍

[0002]随着信息产业的发展，电子产品的小型化和集成化的发展需求强劲，无源器件从表面安装逐步转变为嵌入式封装，以减少电路体积，提高电子设备可靠性，降低生产成本。这其中，高储能密度的电容器开发已经成为众多科研者们努力的方向。聚合物基复合电介质材料具有加工工艺简单、加工温度低、击穿场强高、柔韧性好等优点适合用作薄膜电容器的电介质材料。目前，该领域亟需解决的问题之一是复合材料如何实现低介电损耗的同时具有较高的介电常数。设计制备具有核壳结构特征的复合填料是获得该高性能复合电介质材料的有效途径之一。
[0003]核壳结构填料/聚合物复合电介质材料由于界面调控性强，对材料介电性能产生重要影响。获得高储能密度电介质材料，提高介电常数和击穿场强是主要途径。对于介电陶瓷颗粒/聚合物复合材料，在高的填充量下（>50 vol.%）介电常数仍小于100，但击穿场强高。与此相反，导电材料/聚合物复合材料虽然在低的渗流阈值附近可获得高的介电常数（常大于1000），但介电损耗高、击穿场强低。选择不同材料进行填料微观结构设计，可通过合理的壳层组分、结构调节填料粒子的性能、与聚合物之间的界面，从而使聚合物复合电介质可以利用多种介电机制协同作用获得较高的介电常数同时，有效地抑制介电损耗、改善击穿场强，使复合电介质各参数之间达到理想的平衡，从而获得高储能密度的聚合物复合电介质。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种双组分核壳结构粒子BT@PANI
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Fe3O4的制备方法；本专利技术的另一个目的是提供该BT@PANI
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Fe3O4在制备聚合物复合电介质中的应用，该双组分核壳结构粒子有效地改善了聚合物复合介电质的性能。
[0005]一、双组分核壳结构粒子和聚合物复合电介质材料的制备1、双组分核壳结构粒子的制备（1）羧基化BT的制备：将羟基化BT粒子超声分散后，加入苹果酸溶液，于30~40℃下搅拌反应5~6 h，反应结束后，抽滤，洗涤至中性，干燥，得到羧基化BT。其中，所述羟基化BT粒子与苹果酸的质量比为1:1.3~1:1.5。
[0006]（2）BT
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An
+
的制备：将羧基化BT超声分散于盐酸溶液中，加入苯胺超声分散混合均匀，20~40℃下搅拌反应2~4 h，反应结束后，抽滤，洗涤，干燥，得到BT
‑
An
+
粒子。其中，所述羧基化BT 与苯胺的质量比为1:5。
[0007]（3）BT@PANI核壳粒子的制备：将BT
‑
An
+
粒子超声分散于苹果酸溶液中，再加入过
硫酸铵的苹果酸溶液和苯胺的苹果酸溶液，于0~5 ℃下反应10~12h，反应结束后抽滤，洗涤，干燥，得到BT@PANI核壳粒子。其中，所述BT
‑
An
+
粒子与苯胺的质量比为1:0.08~1:0.5；所述苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1:1~1:1.5；所述苹果酸溶液的浓度为1 mol/L。过硫酸铵的苹果酸溶液分两次加入。
[0008]（4）双组分核壳粒子BT@PANI
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Fe3O4的制备：将BT@PANI粒子和硫酸亚铁铵分别超声分散于去离子水和水合肼中，得到BT@PANI分散液和硫酸亚铁铵分散液；将硫酸亚铁铵分散液滴加到BT@PANI分散液中，超声分散使溶液混合均匀，在pH=11~13，磁力搅拌状态下90~110℃回流反应2~3 h，反应完成后离心，洗涤，干燥，得到双组分核壳结构粒子BT@PANI
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Fe3O4。其中，所述硫酸亚铁铵与BT@PANI的质量比分别为0.2:1~1:1。
[0009]2、聚合物复合电介质的制备采用溶液共混法和流延法制备聚合物复合电介质。将制备的双组分核壳结构粒子BT@PANI
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Fe3O4分散于DMF中得到BT@PANI
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Fe3O4分散液，然后加入聚偏氟乙烯（PVDF）的DMF溶液，于50~70 ℃下搅拌2~4 h，冷却至室温后真空除泡，在流延机上流平，于50~70 ℃下蒸发溶剂成膜，获得
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钛酸钡@聚苯胺
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四氧化三铁/聚偏氟乙烯（BT@PANI
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Fe3O4/PVDF）复合材料。BT@PANI
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Fe3O4/PVDF中，BT@PANI
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Fe3O4粒子的质量分数为10 %。
[0010]二、BT@PANI
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Fe3O4及其聚合物复合材料的结构及性能表征图1（a）为BT@PANI粒子的SEM照片，（b）为BT@PANI
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Fe3O4粒子的SEM照片。图1中两种颗粒的尺寸都表现均匀。与BT@PANI核壳粒子相比较，图1（b）中BT@ PANI
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Fe3O4核壳结构粒子的粒径尺寸变大。
[0011]图2 中（a）和（b）分别为BT@PANI和BT@PANI
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Fe3O4的TEM电镜照片。BT@PANI单壳粒子的BT核表面有清晰的附着物，壳层对核的包覆完整。图2（b）中，在BT@PANI
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Fe3O4粒子外表面出现了颗粒状大小不一的新物质，这是由氧化沉淀法在PANI表面生成的第二壳层组分Fe3O4，粒子基本保持了BT颗粒状形貌，且核壳结构特征明显。
[0012]图3为BT@PANI、BT@PANI
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Fe3O4‑
0.02、BT@PANI
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Fe3O4‑
0.06、BT@PANI
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Fe3O4‑
0.1的红外光谱图。从图中可以看出，BT@PANI
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Fe3O4核壳粒子出现了聚苯胺的特征衍射峰。547 cm
‑1是由芳环的弯曲振动引起，827 cm
‑1和1140 cm
‑1分别对应的是苯环的C－H面外弯曲和面内弯曲振动引起，1307 cm
‑1处是苯环CH弯（面内）振动吸收峰，1141 cm
‑1为聚苯胺中C=N伸缩振动峰，1502 cm
‑1分别对应苯环和醌环的C=C伸缩振动吸收峰，2937 cm
‑1处是羧基中的OH伸振动峰，1583 cm
‑1处为芳仲胺NH弯（面内）振动峰，3438 cm
‑1处为芳仲胺的N
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H振动吸收峰。值得注意的是，在568 cm
‑1处出现了四氧化三铁的特征峰，对应Fe3O4中的Fe
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O伸缩振动峰，证明了四氧化三铁的存在，结合图1和图2 的SEM和T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双组分核壳结构粒子BT@PANI
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Fe3O4的制备方法，包括以下步骤：（1）羧基化BT的制备：将羟基化BT粒子超声分散后，加入苹果酸溶液，于30~40℃下搅拌反应5~6 h，反应结束后，抽滤，洗涤至中性，干燥，得到羧基化BT；（2）BT
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An
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的制备：将羧基化BT超声分散于盐酸溶液中，加入苯胺超声分散混合均匀，20~40℃下搅拌反应2~4 h，反应结束后，抽滤，洗涤，干燥，得到BT
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An
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粒子；（3）BT@PANI核壳粒子的制备：将BT
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An
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粒子超声分散于苹果酸溶液中，再加入过硫酸铵的苹果酸溶液和苯胺的苹果酸溶液，于0~5 ℃下反应10~12h，反应结束后抽滤，洗涤，干燥，得到BT@PANI核壳粒子；（4）双组分核壳粒子BT@PANI
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Fe3O4的制备：将BT@PANI粒子和硫酸亚铁铵分别超声分散于去离子水和水合肼中，得到BT@PANI分散液和硫酸亚铁铵分散液；将硫酸亚铁铵分散液滴加到BT@PANI分散液中，超声分散使混合均匀，在pH=11~13，磁力搅拌状态下90~110℃回流反应2~3 h，反应完成后离心，洗涤，干燥，得到双组分核壳结构粒子BT@PANI
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Fe3O4。2.如权利要求1所述双组分核壳结构粒子BT@PANI
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Fe3O4的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述羟基化BT粒子与苹果酸的质量比为1:1.3~1:1.5。3.如权利要求1所述双组分核壳结构粒子BT@PANI
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Fe3O4的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述羧基化BT 与苯胺的质量比为1:5。4.如权利要求1所述双组分核壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海燕，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：