一种核壳结构纳米纤维/聚偏氟乙烯基高储能薄膜及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108329625A(43)申请公布日2018.07.27(21)申请号201810102660.9D01D5/34(2006.01)(22)申请日2018.02.01H01G4/20(2006.01)(71)申请人哈尔滨理工大学地址150080黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路52号(72)发明人张天栋王绪彬迟庆国张昌海陈庆国王暄赵洪(74)专利代理机构哈尔滨市伟晨专利代理事务所(普通合伙)23209代理人李晓敏(51)Int.Cl.C08L27/16(2006.01)C08K7/08(2006.01)C08J5/18(2006.01)D01F9/08(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图3页(54)发明名称一种核壳结构纳米纤维/聚偏氟乙烯基高储能薄膜及其制备方法(57)摘要本发明属于介质电容器领域，尤其涉及一种核壳结构纳米纤维/聚偏氟乙烯基高储能薄膜及其制备方法。本发明首先通过同轴静电纺丝技术、马弗炉煅烧工艺制备具有核壳结构的晶化的钛酸铜钙@氧化铝纳米纤维，通过溶融共混法将一定体积的钛酸铜钙@氧化铝纳米纤维均匀的分散于聚偏氟乙烯基体中，然后经过涂膜和淬火工艺得到核壳结构纳米纤维/聚偏氟乙烯基高储能薄膜。本发明所制备的高储能薄膜具有较高的相对介电常数、击穿场强和储能以及较低的电导率和损耗，解决了电介质电容器储能密度较低的技术难题。本发明制备方法工艺及所需设备简单，成本低廉，容易实施。CN108329625ACN108329625A权利要求书1/2页1.一种核壳结构纳米纤维/聚偏氟乙烯基高储能薄膜，其特征在于所述核壳结构纳米纤维/聚偏氟乙烯基高储能薄膜中含有一定体积晶化的钛酸铜钙@氧化铝纳米纤维，所述钛酸铜钙@氧化铝纳米纤维为核壳结构，核层为钛酸铜钙，壳层为氧化铝。2.根据权利要求1所述一种核壳结构纳米纤维/聚偏氟乙烯基高储能薄膜，其特征在于所述晶化的钛酸铜钙@氧化铝纳米纤维的体积占核壳结构纳米纤维/聚偏氟乙烯基高储能薄膜体积的2～6％。3.根据权利要求1或2所述一种核壳结构纳米纤维/聚偏氟乙烯基高储能薄膜的制备方法，其特征在于所述制备方法步骤如下：步骤一：按一定摩尔比备好四水硝酸钙、一水醋酸铜、钛酸正四丁酯和乙酸，按一定质量体积比备好聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇；将备好的无水乙醇与乙酸混合并搅拌均匀后，加入一水醋酸铜并使其完全溶解，再加入四水硝酸钙并使其完全溶解后，将钛酸正四丁酯滴入混合溶液并持续搅拌使其分散均匀，最后将聚乙烯吡咯烷酮分批多次加入上述混合溶液中，经搅拌使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解所制得的胶状液体即为钛酸铜钙纳米纤维纺丝前驱液；步骤二：按一定摩尔比将九水硝酸铝溶解于去离子水中并搅拌均匀形成均一稳定的溶液A；按一定质量体积比将聚乙烯吡咯烷酮分批多次加入无水乙醇中，经搅拌使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解形成均一稳定的溶液B；将溶液A缓慢倒入溶液B中，搅拌均匀后制得的胶状液体即为氧化铝纳米纤维纺丝前驱液；步骤三：利用同轴静电纺丝技术进行纺丝，以步骤一制得的钛酸铜钙纳米纤维纺丝前驱液作为核层，以步骤二制得的氧化铝纳米纤维纺丝前驱液作为壳层，按照一定的注射器推进速度、接收滚筒转速、注射器喷头到接收滚筒的距离、针头处施加正电压、接收器处施加负电压在一定温度和相对湿度下进行同轴静电纺丝，制得非晶态的核壳结构的钛酸铜钙@氧化铝纳米纤维；将非晶态的核壳结构的钛酸铜钙@氧化铝纳米纤维放入马弗炉中煅烧，制得晶化的核壳结构的钛酸铜钙@氧化铝纳米纤维；步骤四：按一定质量体积比备好聚偏氟乙烯和N,N-二甲基甲酰胺，将聚偏氟乙烯溶解于部分体积的N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌使聚偏氟乙烯完全溶解后形成溶液C；取一定体积步骤三制得的晶化的核壳结构的钛酸铜钙@氧化铝纳米纤维并将其分散于剩余的N,N-二甲基甲酰胺中，超声后进行搅拌制得均一稳定的溶液D；将溶液D缓慢倒入溶液C中，继续搅拌制得均一稳定的溶液E；步骤五：步骤四制得的溶液E经真空排气泡后，利用自动流延法将其刮凃在干净的玻璃基板上得到湿膜，将湿膜放入真空干燥箱在一定温度下烘干后，升高温度并保持一定时间，将所得干膜取出后立即放入冰水中进行淬火处理，经淬火处理后的薄膜烘干后即制得核壳结构纳米纤维/聚偏氟乙烯基高储能薄膜。4.根据权利要求3所述一种核壳结构纳米纤维/聚偏氟乙烯基高储能薄膜的制备方法，其特征在于步骤一所述四水硝酸钙、一水醋酸铜、钛酸正四丁酯与乙酸的摩尔比为1:3:4:2CN108329625A权利要求书2/2页7.94，所述聚乙烯吡咯烷酮与无水乙醇的质量体积比为1g:20mL，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为1300000；所述将钛酸正四丁酯滴入混合溶液后持续搅拌是以100～300r/min的转速搅拌30min；所述经搅拌使