本發(fā)明涉及一種高介電常數(shù)二氧化鈦/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，屬于材料
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：電容器是一種重要的電子元器件，具有存儲(chǔ)電荷的功能，在能源供給、電力傳輸與分配、工業(yè)驅(qū)動(dòng)器和逆變器以及汽車電子等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。而電介質(zhì)材料作為電容器的重要組成部分，對(duì)其性能有決定性的影響。隨著信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)電容元件性能的要求正在逐步提升，傳統(tǒng)的高介電陶瓷作為電容器的電介質(zhì)材料由于較差的加工性能與有機(jī)相容性，已無(wú)法滿足其需求。而聚合物介電薄膜具有質(zhì)量輕、柔性好、有機(jī)相容性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，符合嵌入式封裝的要求，但是純聚合物介電薄膜的本征介電常數(shù)較低，不利于電容器件的體積的縮小，限制了電子產(chǎn)品的微型化和儲(chǔ)能密度的提高。因而在保證柔性化、有機(jī)相容性的同時(shí)，提高聚合物介電薄膜的介電性能，成為新型薄膜電容器應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵。為了提高聚合物薄膜的介電常數(shù)，可在聚合物(如聚偏氟乙烯等)基體中加入陶瓷顆粒(如鈦酸鋇等)、導(dǎo)電顆粒(如鎳、碳納米管等)等填料，其中填料的選擇和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對(duì)復(fù)合薄膜的介電性能有重要的影響。如專利CN102617958B公開了一種用于超級(jí)電容器的聚偏氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)/鎳摻雜二氧化鈦(Ni-TiO2)復(fù)合薄膜，以PVDF-TrFE為基體，以Ni-TiO2為填料，通過(guò)流延方法制備成復(fù)合薄膜，具有較高的介電常數(shù)(19.2)和良好的柔韌性。目前，雖然復(fù)合材料具有較好的介電性能和柔韌性，但其介電常數(shù)仍較低，難以滿足現(xiàn)代電子器件的要求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高介電常數(shù)二氧化鈦/石墨烯復(fù)合材料的制備方法。為解決技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：提供一種高介電常數(shù)二氧化鈦/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將鈦酸四丁酯、乙醇和甘油按體積比1∶15∶5混合，攪拌10min得到混合液體；(2)將混合液體置于反應(yīng)釜中，在150-180℃下反應(yīng)12-24h；(3)反應(yīng)結(jié)束后，通過(guò)抽濾或離心的方式，先用水再用乙醇對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行洗滌；然后在60℃下烘干，得到鈦甘油鹽前驅(qū)體；(4)將鈦甘油鹽前驅(qū)體置于馬弗爐中，在450℃下煅燒2-4h，得到銳鈦礦型二氧化鈦粉末；(5)將氧化石墨烯、水和乙醇按質(zhì)量比1∶2000∶790混合，超聲、攪拌使其分散均勻，然后再按照氧化石墨烯∶二氧化鈦質(zhì)量比1∶10加入前述銳鈦礦型二氧化鈦粉末，超聲、攪拌使其分散均勻；(6)將混合物置于反應(yīng)釜中，在120-150℃下反應(yīng)5-10h；(7)反應(yīng)結(jié)束后，通過(guò)抽濾或離心的方式，先用水再用乙醇對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行洗滌；然后在60℃下烘干，得到二氧化鈦/石墨烯復(fù)合材料的粉體。本發(fā)明中，所述步驟(4)中，控制煅燒時(shí)的升溫速度為1-2℃/min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：(1)本發(fā)明以鈦酸四丁酯和氧化石墨烯為原料，通過(guò)溶劑熱法可制得形貌可控的二氧化鈦/石墨烯復(fù)合粉體，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低。(2)以本發(fā)明制得的二氧化鈦/石墨烯復(fù)合粉體作為填料，加入聚合物基體中，可顯著提高其介電常數(shù)，在保持聚合物柔性的同時(shí)，得到高介電常數(shù)(大于100)的復(fù)合介電薄膜，可用于小體積大容量電容器、柔性電子器件的制造。附圖說(shuō)明圖1為實(shí)施例1制得的二氧化鈦/石墨烯復(fù)合粉體掃描電子顯微(SEM)照片。圖2為實(shí)施例2制得的二氧化鈦/石墨烯復(fù)合粉體掃描電子顯微(SEM)照片。圖3為實(shí)施例3制得的二氧化鈦/石墨烯復(fù)合粉體掃描電子顯微(SEM)照片。具體實(shí)施方式本發(fā)明通過(guò)溶劑熱的方法合成二氧化鈦顆粒，并與石墨烯復(fù)合形成復(fù)合材料。以此復(fù)合材料為填料加入聚合物基體中，可在保持聚合物柔性的同時(shí)，得到高介電常數(shù)的復(fù)合介電薄膜。為了便于理解本發(fā)明，現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述如下。實(shí)施例1將1mL鈦酸四丁酯與15mL乙醇、5mL甘油混合，攪拌10min使其均勻，然后將混合液體置于50mL反應(yīng)釜中，在180℃下反應(yīng)12h。反應(yīng)結(jié)束后，先用水再用乙醇對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心洗滌，然后在60℃下烘干，得到鈦甘油鹽前驅(qū)體。使用馬弗爐將前驅(qū)體于450℃煅燒2h，升溫速度1℃/min，得到銳鈦礦型二氧化鈦粉末。然后將5mg氧化石墨烯加入10mL水和5mL乙醇中，超聲、攪拌1h使其分散均勻，然后再加入50mg前述銳鈦礦型二氧化鈦粉末，超聲、攪拌30min使其分散均勻，將混合物置于50mL反應(yīng)釜中，在120℃下反應(yīng)8h。反應(yīng)結(jié)束后，先用水再用乙醇對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心洗滌，然后在60℃下烘干，得到二氧化鈦/石墨烯復(fù)合材料的粉體。圖1是實(shí)施例1的二氧化鈦/石墨烯復(fù)合粉體掃描電子顯微(SEM)照片，可以看到石墨烯包裹在花狀二氧化鈦表面，形成復(fù)合材料。將0.14g所得二氧化鈦/石墨烯復(fù)合粉體與0.57g聚偏氟乙烯粉體加入4mLN,N-二甲基甲酰胺溶劑中，即填料質(zhì)量百分比為20wt％，通過(guò)超聲、攪拌使其均勻分散，然后經(jīng)過(guò)流延、烘干得到復(fù)合介電薄膜，對(duì)薄膜進(jìn)行介電性能測(cè)試，結(jié)果(1kHz下)如表1所示。實(shí)施例2將2mL鈦酸四丁酯與30mL乙醇、10mL甘油混合，攪拌10min使其均勻，然后將混合液體置于100mL反應(yīng)釜中，在150℃下反應(yīng)24h。反應(yīng)結(jié)束后，先用水再用乙醇對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行抽濾洗滌，然后在60℃下烘干，得到鈦甘油鹽前驅(qū)體。使用馬弗爐將前驅(qū)體于450℃煅燒4h，升溫速度1.5℃/min，得到銳鈦礦型二氧化鈦粉末。然后將10mg氧化石墨烯加入20mL水和10mL乙醇中，超聲、攪拌1h使其分散均勻，然后再加入100mg前述銳鈦礦型二氧化鈦粉末，超聲、攪拌30min使其分散均勻，將混合物置于100mL反應(yīng)釜中，在150℃下反應(yīng)5h。反應(yīng)結(jié)束后，先用水再用乙醇對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行抽濾洗滌，然后在60℃下烘干，得到二氧化鈦/石墨烯復(fù)合材料的粉體。圖2是實(shí)施例2的二氧化鈦/石墨烯復(fù)合粉體掃描電子顯微(SEM)照片，可以看到石墨烯包裹在花狀二氧化鈦表面，形成復(fù)合材料。將0.22g所得二氧化鈦/石墨烯復(fù)合粉體與0.57g聚偏氟乙烯粉體加入4mLN,N-二甲基甲酰胺溶劑中，即填料質(zhì)量百分比為28wt％，通過(guò)超聲、攪拌使其均勻分散，然后經(jīng)過(guò)流延、烘干得到復(fù)合介電薄膜，對(duì)薄膜進(jìn)行介電性能測(cè)試，結(jié)果(1kHz下)如表1所示。實(shí)施例3將2mL鈦酸四丁酯與30mL乙醇、10mL甘油混合，攪拌10min使其均勻，然后將混合液體置于100mL反應(yīng)釜中，在160℃下反應(yīng)18h。反應(yīng)結(jié)束后，先用水再用乙醇對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行抽濾洗滌，然后在60℃下烘干，得到鈦甘油鹽前驅(qū)體。使用馬弗爐將前驅(qū)體于450℃煅燒3h，升溫速度2℃/min，得到銳鈦礦型二氧化鈦粉末。然后將10mg氧化石墨烯加入20mL水和10mL乙醇中，超聲、攪拌1h使其分散均勻，然后再加入100mg前述銳鈦礦型二氧化鈦粉末，超聲、攪拌30min使其分散均勻，將混合物置于100mL反應(yīng)釜中，在130℃下反應(yīng)10h。反應(yīng)結(jié)束后，先用水再用乙醇對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行抽濾洗滌，然后在60℃下烘干，得到二氧化鈦/石墨烯復(fù)合材料的粉體。圖3是實(shí)施例3的二氧化鈦/石墨烯復(fù)合粉體掃描電子顯微(SEM)照片，可以看到石墨烯包裹在花狀二氧化鈦表面，形成復(fù)合材料。將0.31g所得二氧化鈦/石墨烯復(fù)合粉體與0.57g聚偏氟乙烯粉體加入4mLN,N-二甲基甲酰胺溶劑中，即填料質(zhì)量百分比為36wt％，通過(guò)超聲、攪拌使其均勻分散，然后經(jīng)過(guò)流延、烘干得到復(fù)合介電薄膜，對(duì)薄膜進(jìn)行介電性能測(cè)試，結(jié)果(1kHz下)如表1所示。實(shí)施例4(對(duì)比例)將0.57g聚偏氟乙烯粉體加入4mLN,N-二甲基甲酰胺溶劑中，即填料質(zhì)量百分比為0wt％，通過(guò)超聲、攪拌使其均勻分散，然后經(jīng)過(guò)流延、烘干得到復(fù)合介電薄膜，對(duì)薄膜進(jìn)行介電性能測(cè)試，結(jié)果(1kHz下)如表1所示。表1填料質(zhì)量百分比相對(duì)介電常數(shù)實(shí)施例120wt％140實(shí)施例228wt％183實(shí)施例336wt％414實(shí)施例408從表1中可以看到二氧化鈦/石墨烯復(fù)合粉體作為填料加入到聚偏氟乙烯基體中，可顯著提高其介電常數(shù)，從而得到高介電常數(shù)的復(fù)合薄膜，從而有利于電容元件的柔性化和微型化。需要說(shuō)明的是，上述實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3