專利名稱：導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電/壓電復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
壓電陶瓷是一種能夠?qū)C械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，它是由若干種不同的氧化物，諸如氧化鋁、氧化鋇、氧化鋯、氧化鈦、氧化鈮、氧化鈉等，按照比例配合，經(jīng)過成型、高溫固相反應(yīng)、燒結(jié)，最后合成制造出來的。壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)是不對稱的，內(nèi)部存在一定電場，當在陶瓷的某一方向施加機械壓力，則會在特定方向引起極化，相應(yīng)地使表面之間出現(xiàn)電位差，反之，如在一定方向施加電場，陶瓷也會發(fā)生一定形變和位移。
導(dǎo)電高分子材料也稱導(dǎo)電聚合物，具有明顯的聚合物特征，如果在材料兩端加上一定的電壓，材料中即有電流通過，即具有導(dǎo)電體的性質(zhì)，同時具有以上兩個性質(zhì)的材料稱為導(dǎo)電高分子材料。典型的導(dǎo)電高分子材料有聚苯胺(PANI)、聚噻吩(PTH)、聚乙炔(PA)、聚吡咯(PPy)等，它們自身可提供載流子，具有共軛π鍵結(jié)構(gòu)，經(jīng)過化學(xué)或電化學(xué)“摻雜”，電導(dǎo)率大幅度提高。其中聚苯胺由于其原料廉價易得，制備方法簡單，導(dǎo)電性能優(yōu)良且穩(wěn)定性好，因而成為導(dǎo)電高分子材料中最具有應(yīng)用前景的品種之一。但是其分子鏈具有很有很強的共軛性，使其成為一種難熔、難溶的聚合物，加工性能較差。
導(dǎo)電/壓電復(fù)合材料是一種應(yīng)用前景寬廣的功能復(fù)合材料，當復(fù)合材料中的壓電相受到外部機械力的作用后，產(chǎn)生的電荷通過其周圍的導(dǎo)電相傳導(dǎo)轉(zhuǎn)化為熱能。目前常見的方法是將極少量碳黑粒子作為導(dǎo)電相加入到復(fù)合材料體系中，但這種方法存在的不足之處是不能使碳黑粒子完全分布于每一個壓電陶瓷顆粒周圍，大部分壓電陶瓷顆?？赡懿]有發(fā)揮相應(yīng)的效用，即電能向熱能的轉(zhuǎn)換率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種加工性能好、電能向熱能轉(zhuǎn)換率高的導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料及其制備方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料，其特征在于它由壓電陶瓷粉、苯胺單體、氧化劑和摻雜酸溶液原料制備而成，各原料所占重量份數(shù)為壓電陶瓷粉50～150、苯胺單體10、氧化劑20～25、摻雜酸溶液500～1000；其中氧化劑選用(NH4)2S2O8，摻雜酸溶液為1.0ml/L的鹽酸溶液或1.0ml/L的十二烷基苯磺酸(DBSA)溶液。
所述的壓電陶瓷粉為鋯鈦酸鉛(PZT)、鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)、鈦酸鋇(BaTiO3)、鈦酸鉛(PbTiO3)或鈮鎂鋯鈦酸鉛(PMN)等壓電陶瓷粉。
所述的壓電陶瓷粉的粒徑為1～10μm。
上述導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料的制備方法，用化學(xué)氧化原位聚合法在壓電陶瓷粉顆粒表面包覆導(dǎo)電聚苯胺，其特征在于它包括如下步驟
1)按各原料所占重量份數(shù)為壓電陶瓷粉50～150、苯胺單體10、氧化劑20～25、摻雜酸溶液500～1000選取壓電陶瓷粉、苯胺單體、氧化劑和摻雜酸溶液原料備用，其中氧化劑選用(NH4)2S2O8，摻雜酸溶液為1.0ml/L的鹽酸溶液或1.0ml/L的十二烷基苯磺酸(DBSA)溶液；2)將苯胺單體和壓電陶瓷粉加入到3/5～4/5的摻雜酸溶液中，得懸濁液；將該懸濁液置于0℃冰浴中攪拌并輔以超聲分散1～3小時，得超聲分散后的懸濁液；3)再將氧化劑溶于剩余的摻雜酸溶液中，攪拌均勻后緩緩滴加至前述超聲分散后的懸濁液中，在0.5～1小時內(nèi)滴加完畢；反應(yīng)5～24小時后用布氏漏斗對反應(yīng)液進行抽濾，洗滌沉淀產(chǎn)物，將洗滌后的沉淀產(chǎn)物在50℃條件下抽真空干燥48小時即制備出產(chǎn)品。
本發(fā)明的有益效果是通過化學(xué)氧化原位聚合法，將導(dǎo)電聚苯胺包覆于壓電陶瓷顆粒表面，既解決了聚苯胺難以加工的難題，又使得壓電陶瓷顆粒全部發(fā)揮效用，即加工性能好、電能向熱能轉(zhuǎn)換率高。本發(fā)明制備方法簡單、易實現(xiàn)。
具體實施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下而結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
實施例1導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料，它由壓電陶瓷粉、苯胺單體、氧化劑和摻雜酸溶液原料制備而成，各原料所占重量份數(shù)為壓電陶瓷粉100、苯胺單體10、氧化劑25、摻雜酸溶液500；其中氧化劑選用(NH4)2S2O8，摻雜酸溶液為1.0ml/L的鹽酸溶液；所述的壓電陶瓷粉為鈮鎂鋯鈦酸鉛(PMN)粉；壓電陶瓷粉的粒徑為1～10μm。
上述導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料的制備方法，用化學(xué)氧化原位聚合法在壓電陶瓷粉顆粒表面包覆導(dǎo)電聚苯胺，它包括如下步驟1)按各原料所占重量份數(shù)為壓電陶瓷粉100、苯胺單體10、氧化劑25、摻雜酸溶液500選取壓電陶瓷粉、苯胺單體、氧化劑和摻雜酸溶液原料備用，其中氧化劑選用(NH4)2S2O8，摻雜酸溶液為1.0ml/L的鹽酸溶液；所述的壓電陶瓷粉為鈮鎂鋯鈦酸鉛(PMN)粉；鈮鎂鋯鈦酸鉛(PMN)粉的粒徑為1～10μm；2)將苯胺單體和壓電陶瓷粉加入到3/5的摻雜酸溶液中，得懸濁液；將該懸濁液置于0℃冰浴中攪拌(攪拌速度為2000-3000轉(zhuǎn)/分鐘)并輔以超聲分散1小時，得超聲分散后的懸濁液；3)再將氧化劑溶于剩余的摻雜酸溶液中，攪拌均勻后緩緩滴加至前述超聲分散后的懸濁液中，在1小時內(nèi)滴加完畢；反應(yīng)5小時后用布氏漏斗對反應(yīng)液進行抽濾，洗滌沉淀產(chǎn)物，將洗滌后的沉淀產(chǎn)物在50℃條件下抽真空干燥48小時即制備出導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料(即產(chǎn)品)。
實施例2導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料，它由壓電陶瓷粉、苯胺單體、氧化劑和摻雜酸溶液原料制備而成，各原料所占重量份數(shù)為壓電陶瓷粉50、苯胺單體10、氧化劑20、摻雜酸溶液500；其中氧化劑選用(NH4)2S2O8，摻雜酸溶液為1.0ml/L的鹽酸溶液；所述的壓電陶瓷粉為鋯鈦酸鉛(PZT)粉；壓電陶瓷粉的粒徑為1～10μm。
上述導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料的制備方法，用化學(xué)氧化原位聚合法在壓電陶瓷粉顆粒表面包覆導(dǎo)電聚苯胺，它包括如下步驟1)按各原料所占重量份數(shù)為壓電陶瓷粉50、苯胺單體10、氧化劑20、摻雜酸溶液500選取壓電陶瓷粉、苯胺單體、氧化劑和摻雜酸溶液原料備用，其中氧化劑選用(NH4)2S2O8，摻雜酸溶液為1.0ml/L的鹽酸溶液；所述的壓電陶瓷粉為鋯鈦酸鉛(PZT)粉；鋯鈦酸鉛(PZT)粉的粒徑為1～10μm；2)將苯胺單體和壓電陶瓷粉加入到3/5的摻雜酸溶液中，得懸濁液；將該懸濁液置于0℃冰浴中攪拌(攪拌速度為2000-3000轉(zhuǎn)/分鐘)并輔以超聲分散1小時，得超聲分散后的懸濁液；3)再將氧化劑溶于剩余的摻雜酸溶液中，攪拌均勻后緩緩滴加至前述超聲分散后的懸濁液中，在0.5小時內(nèi)滴加完畢；反應(yīng)5小時后用布氏漏斗對反應(yīng)液進行抽濾，洗滌沉淀產(chǎn)物，將洗滌后的沉淀產(chǎn)物在50℃條件下抽真空干燥48小時即制備出導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料(即產(chǎn)品)。
實施例3導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料，它由壓電陶瓷粉、苯胺單體、氧化劑和摻雜酸溶液原料制備而成，各原料所占重量份數(shù)為壓電陶瓷粉100、苯胺單體10、氧化劑22、摻雜酸溶液700；其中氧化劑選用(NH4)2S2O8，摻雜酸溶液為1.0ml/L的十二烷基苯磺酸(DBSA)溶液；所述的壓電陶瓷粉為鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)粉，鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)粉的粒徑為1～10μm。
上述導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料的制備方法，用化學(xué)氧化原位聚合法在壓電陶瓷粉顆粒表面包覆導(dǎo)電聚苯胺，它包括如下步驟1)按各原料所占重量份數(shù)為壓電陶瓷粉100、苯胺單體10、氧化劑22、摻雜酸溶液700選取壓電陶瓷粉、苯胺單體、氧化劑和摻雜酸溶液原料備用，其中氧化劑選用(NH4)2S2O8，摻雜酸溶液為1.0ml/L的十二烷基苯磺酸(DBSA)溶液；所述的壓電陶瓷粉為鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)粉，鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)粉的粒徑為1～10μm；2)將苯胺單體和壓電陶瓷粉加入到4/5的摻雜酸溶液中，得懸濁液；將該懸濁液置于0℃冰浴中攪拌(攪拌速度為2000-3000轉(zhuǎn)/分鐘)并輔以超聲分散2小時，得超聲分散后的懸濁液；3)再將氧化劑溶于剩余的摻雜酸溶液中，攪拌均勻后緩緩滴加至前述超聲分散后的懸濁液中，在0.8小時內(nèi)滴加完畢；反應(yīng)15小時后用布氏漏斗對反應(yīng)液進行抽濾，洗滌沉淀產(chǎn)物，將洗滌后的沉淀產(chǎn)物在50℃條件下抽真空干燥48小時即制備出產(chǎn)品。
實施例4導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料，它由壓電陶瓷粉、苯胺單體、氧化劑和摻雜酸溶液原料制備而成，各原料所占重量份數(shù)為壓電陶瓷粉150、苯胺單體10、氧化劑25、摻雜酸溶液1000；其中氧化劑選用(NH4)2S2O8，摻雜酸溶液為1.0ml/L的十二烷基苯磺酸(DBSA)溶液，所述的壓電陶瓷粉為鈦酸鋇(BaTiO3)粉，鈦酸鋇(BaTiO3)粉的粒徑為1～10μm。
上述導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料的制備方法，用化學(xué)氧化原位聚合法在壓電陶瓷粉顆粒表面包覆導(dǎo)電聚苯胺，它包括如下步驟1)按各原料所占重量份數(shù)為壓電陶瓷粉150、苯胺單體10、氧化劑25、摻雜酸溶液1000選取壓電陶瓷粉、苯胺單體、氧化劑和摻雜酸溶液原料備用，其中氧化劑選用(NH4)2S2O8，摻雜酸溶液為十二烷基苯磺酸(DBSA)溶液，所述的壓電陶瓷粉為鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)粉，壓電陶瓷粉的粒徑為1～10μm；2)將苯胺單體和壓電陶瓷粉加入到4/5的摻雜酸溶液中，得懸濁液；將該懸濁液置于0℃冰浴中攪拌(攪拌速度為2000-3000轉(zhuǎn)/分鐘)并輔以超聲分散3小時，得超聲分散后的懸濁液；3)再將氧化劑溶于剩余的摻雜酸溶液中，攪拌均勻后緩緩滴加至前述超聲分散后的懸濁液中，在1小時內(nèi)滴加完畢；反應(yīng)24小時后用布氏漏斗對反應(yīng)液進行抽濾，洗滌沉淀產(chǎn)物，將洗滌后的沉淀產(chǎn)物在50℃條件下抽真空干燥48小時即制備出導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料(即產(chǎn)品)。
權(quán)利要求
1.導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料，其特征在于它由壓電陶瓷粉、苯胺單體、氧化劑和摻雜酸溶液原料制備而成，各原料所占重量份數(shù)為壓電陶瓷粉50～150、苯胺單體10、氧化劑20～25、摻雜酸溶液500～1000；其中氧化劑選用(NH4)2S2O8，摻雜酸溶液為1.0ml/L的鹽酸溶液或1.0ml/L的十二烷基苯磺酸溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料，其特征在于所述的壓電陶瓷粉為鋯鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛鑭、鈦酸鋇、鈦酸鉛或鈮鎂鋯鈦酸鉛粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料，其特征在于所述的壓電陶瓷粉的粒徑為1～10μm。
4.如權(quán)利要求1所述導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)按各原料所占重量份數(shù)為壓電陶瓷粉50～150、苯胺單體10、氧化劑20～25、摻雜酸溶液500～1000選取壓電陶瓷粉、苯胺單體、氧化劑和摻雜酸溶液原料備用，其中氧化劑選用(NH4)2S2O8，摻雜酸溶液為1.0ml/L的鹽酸溶液或1.0ml/L的十二烷基苯磺酸溶液；2)將苯胺單體和壓電陶瓷粉加入到3/5～4/5的摻雜酸溶液中，得懸濁液；將該懸濁液置于0℃冰浴中攪拌并輔以超聲分散1～3小時，得超聲分散后的懸濁液；3)再將氧化劑溶于剩余的摻雜酸溶液中，攪拌均勻后緩緩滴加至前述超聲分散后的懸濁液中，在0.5～1小時內(nèi)滴加完畢；反應(yīng)5～24小時后用布氏漏斗對反應(yīng)液進行抽濾，洗滌沉淀產(chǎn)物，將洗滌后的沉淀產(chǎn)物在50℃條件下抽真空干燥48小時即制備出產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電/壓電復(fù)合材料及其制備方法。導(dǎo)電聚苯胺/壓電陶瓷粉復(fù)合材料，其特征在于它由壓電陶瓷粉、苯胺單體、氧化劑和摻雜酸溶液原料制備而成，各原料所占重量份數(shù)為壓電陶瓷粉50～150、苯胺單體10、氧化劑20～25、摻雜酸溶液500～1000；其中氧化劑選用(NH
文檔編號H01B1/06GK101067042SQ20071005245
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月12日
發(fā)明者黃志雄, 楊國瑞, 魏濤, 秦巖, 梅啟林, 石敏先, 酈亞銘 申請人:武漢理工大學(xué)