一種具有高極化強度的有機鐵電薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的具有高極化強度的有機鐵電薄膜的制備方法，以PbTiO3納米片和PVDF?TrFE作為主要原料，首先將PVDF?TrFE溶于四氫呋喃中，然后加入適量的PbTiO3納米片得到懸濁液；通過超聲波處理，使PbTiO3納米片均勻地分散于溶液中，利用旋涂的方法將其旋涂在潔凈的基底上均勻成膜，再在180℃下進行熱處理。本發(fā)明制備工藝簡單、過程易于控制，所制備的有機鐵電薄膜具有取向的微納結構，同時還具有優(yōu)良的電學性能，剩余極化高達12.4μC/cm2。
【專利說明】
一種具有高極化強度的有機鐵電薄膜的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種有機鐵電薄膜的制備方法，屬于有機鐵電高分子材料領域?！颈尘凹夹g】
[0002]傳統(tǒng)的陶瓷材料具有非常高的鐵電剩余極化，但是制備工藝復雜、易脆且鐵電損耗較大。有機聚合物柔韌性好、鐵電損耗低且易于加工。PVDF-TrFE(聚偏二氟乙烯-三氟乙烯)作為一類有機鐵電可以廣泛應用于能量捕獲器、熱釋電紅外探測器以及非揮發(fā)性存儲器等，具有優(yōu)良的電學性能和廣闊的應用前景。與傳統(tǒng)的無機鈣鈦礦相鐵電材料相比， PVDF-TrFE的剩余極化較低(6 yC/cm2左右)，限制了其在電子器件材料上的應用，因此，通過不同方法對PVDF-TrFE進行改性，提高其電學性能(介電、鐵電、壓電、熱釋電性能等)，可以進一步拓寬PVDF-TrFE的應用領域。
[0003]PVDF-TrFE的自發(fā)極化強度接近6 yC/cm2,在室溫下的鐵電系數d33約為-38pm/v， 并且由于其極好的生物兼容性，在能量獲取和生物傳感方面都有很大的潛在應用價值。目前對有PVDF-TrFE的改性研究有納米限域法、極性溶劑法、模板法、外延生長等方法，但是這些方法雖然在一定程度上可以控制結構的取向，但是其電學性能并沒有提高很多。
【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種具有高極化強度的有機鐵電薄膜的制備方法。
[0005]本發(fā)明的具有高極化強度的有機鐵電薄膜制備方法，包括以下步驟:1)將基底依次置于去離子水、丙酮、無水乙醇中超聲清洗，烘干；2)將PVDF-TrFE溶于四氫呋喃，得到PVDF-TrFE的四氫呋喃溶液，PVDF-TrFE與四氫呋喃的質量/體積比為1 /20;3)將PbTi03納米片置于步驟2)所得的PVDF-TrFE的四氫呋喃溶液中，PbTi03納米片與PVDF-TrFE的四氫呋喃溶液的質量/體積比為0.2%-5.0%，攪拌，得到懸濁液；4)超聲波處理步驟3)所得的懸濁液，使PbTi03納米片均勻地分散在PVDF-TrFE的四氫呋喃溶液中，靜置20-40 min后，采用旋涂的方法將其旋涂到潔凈的基底上，得到薄膜；5)將步驟4)所得到的薄膜真空干燥，于180°C熱處理0.5-2h。
[0006]本發(fā)明中，所述的基底可以是IT0或Si基底。
[0007]本發(fā)明中，所述的四氫呋喃、丙酮、無水乙醇的純度均不低于化學純。
[0008]本發(fā)明中，所述的PbTi03納米片為單晶單疇結構。
[0009]單晶單疇結構的PbTi03納米片可參考浙江大學博士論文——《鈣鈦礦鐵電氧化物納米結構的生長調控、微結構與性能研究，作者為鈔春英》制備方法獲得。
[0010]本發(fā)明制備工藝簡單、過程易于控制，薄膜的厚度與靜置時間和旋涂參數有關，所制備的有機鐵電薄膜厚度在0.8 M1-1 Mi，具有取向的微納結構，同時還具有優(yōu)良的電學性能，剩余極化高達12 ? 4yC/cm2 〇【附圖說明】
[0011]圖1是實例1所制備的有機鐵電薄膜的掠入射XRD圖譜；圖2是實例1所制備的有機鐵電薄膜的GIWAXS圖；圖3是實例1所制備的有機鐵電薄膜的AFM圖；圖4是實例1所制備的有機鐵電薄膜的鐵電性能圖。【具體實施方式】
[0012]以下結合實施例進一步說明本發(fā)明。[0〇13]實施例11)將IT0基底依次在去離子水、丙酮、無水乙醇中超聲清洗，然后利用紅外燈烘干；2)將lg的PVDF-TrFE溶于20 mL四氫呋喃，得到PVDF-TrFE的四氫呋喃溶液；3)將0.002g的PbTi03納米片置于步驟2)所得的溶液中，PbTi03納米片與PVDF-TrFE 的四氫呋喃溶液的質量/體積比為〇.2%，攪拌，得到懸濁液；4)超聲波處理步驟3)所得的懸濁液，使PbTi03納米片均勻地分散在PVDF-TrFE的四氫呋喃溶液中，靜置20 min后，將其旋涂(1500 rpm，30 s)到潔凈的IT0基底上，得到薄膜；5)將步驟4)所得到的薄膜真空干燥，于180°C熱處理lh。[〇〇14]本例所制備的有機鐵電薄膜的厚度為0.8 wii，其掠入射XRD圖譜示于圖1，GIWAXS 圖示于圖2,由圖1、圖2可見，有機鐵電薄膜具有取向的微納結構。AFM圖示于圖3,由圖3可見，得到的有機鐵電薄膜由結晶良好的棒狀晶體組成。通過Radiant的鐵電測試儀測試，鐵電性能圖示于圖4，由圖可見剩余極化為12.4yC/cm2。
[0015]實施例2具體的工藝步驟與實施例1相同，區(qū)別在于步驟3)稱取的PbTi03納米片為0.005g， PbTi03納米片與PVDF-TrFE的四氫呋喃溶液的質量/體積比為0.5%，步驟4)靜置時間為40 min，步驟5)熱處理時間為0.5小時。本例所制備的有機鐵電薄膜的剩余極化為10yC/cm2。
[0016]實施例3具體的工藝步驟與實施例1相同，區(qū)別在于:采用Si基底，步驟3)稱取的PbTi03納米片為0.0527g，PbTi03納米片與PVDF-TrFE的四氫呋喃溶液的質量/體積比為5.0%，步驟4)靜置時間為30 min，步驟5)熱處理時間為2小時，本例所制備的有機鐵電薄膜的剩余極化為8y C/cm2。
【主權項】
1.一種具有高極化強度的有機鐵電薄膜制備方法，其特征在于包括以下步驟:1)將基底依次置于去離子水、丙酮、無水乙醇中超聲清洗，烘干；2)將PVDF-TrFE溶于四氫呋喃，得到PVDF-TrFE的四氫呋喃溶液，PVDF-TrFE與四氫呋 喃的質量/體積比為1 /20;3)將PbTi03納米片置于步驟2)所得的PVDF-TrFE的四氫呋喃溶液中，PbTi03納米片與 PVDF-TrFE的四氫呋喃溶液的質量/體積比為0.2%-5.0%，攪拌，得到懸濁液；4)超聲波處理步驟3)所得的懸濁液，使PbTi03納米片均勻地分散在PVDF-TrFE的四氫 呋喃溶液中，靜置20-40 min后，采用旋涂的方法將其旋涂到潔凈的基底上，得到薄膜；5)將步驟4)所得到的薄膜真空干燥，于180°C熱處理0.5-2h。2.根據權利要求1所述的具有高極化強度的有機鐵電薄膜的制備方法，其特征是所述 的基底是ITO或Si基底。3.根據權利要求1所述的具有高極化強度的有機鐵電薄膜的制備方法，其特征是所述 的PbTi03納米片為單晶單疇結構。4.根據權利要求1所述的具有高極化強度的有機鐵電薄膜的制備方法，其特征是所述 的四氫呋喃、丙酮、無水乙醇的純度均不低于化學純。
【文檔編號】C08L27/16GK106009009SQ201610330042
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】任召輝, 劉金, 李詩, 韓高榮
【申請人】浙江大學