一种导电聚苯胺包覆钛酸钡复合材料的制备方法

本发明涉及复合压电材料制备领域，特别是涉及一种导电聚苯胺包覆钛酸钡复合材料的制备方法。

背景技术：

1、钛酸钡(bt)是一种最早发现具有压电特性的典型无铅钙钛矿结构材料。它还是一种环境友好型材料，具有良好的绝缘性和铁电性能，高热电系数和介电常数，主要用于制造电子元器件，如热敏电阻，超声波探测器，温度控制传感器等，是当下使用得最多的功能电子材料之一。bt虽然具备高介电常数等优点，但由于其在加工时需要很高的温度，加之柔韧性较差，很难单独使用，目前越来越多的研究倾向于将bt与压电聚合物混合制备成压电复合材料，这样不仅可以避免压电陶瓷脆性大和压电聚合物介电性能较差、使用温度低的缺点，还能使复合材料兼备压电陶瓷的高介电性和压电聚合物柔韧性好、机械性能好、适合大面积成膜的优点，达到“取长补短”的效果。

2、然而bt颗粒在聚合物基体中分散性差，使复合材料压电性能的提升受到限制。

3、聚苯胺(pani)是一种半柔性的导电聚合物，具有独特的电学、光学性质。相比传统聚合物，pani分子链上的共轭结构赋予其独特的电学性能，经掺杂等处理后可以显著提高其电导率和电化学性能，对于制备导电聚合物具有良好的应用前景，一经发现就引起了科学界的强烈关注，是近几十年来研究最多的导电聚合物之一。将聚苯胺作为导电相包覆到bt基体上，可以显著提高bt电信号的输出。采用聚苯胺聚作为钛酸钡颗粒的表面改性剂，制备核壳结构的聚苯胺@钛酸钡颗粒，改善了钛酸钡颗粒本身易团聚、分散性差的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中钛酸钡在聚合物复合材料中分散性较差的问题，同时强化钛酸钡电信号的输出，本发明提供了一种导电聚苯胺包覆钛酸钡复合材料的制备方法。

2、本发明的发明构思是：以钛酸钡为“基体”，苯胺单体在冰水浴条件下，使用磷酸掺杂，通过化学氧化还原法合成磷酸掺杂的聚苯胺并包覆到钛酸钡上，制得核壳结构的聚苯胺@钛酸钡复合材料。

3、为实现本发明的目的所采用的技术方案是，一种导电聚苯胺包覆钛酸钡复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1：将苯胺溶解分散到50ml磷酸中，冷却，得到苯胺的分散液，将过硫酸铵溶解到10ml去离子水中，冷却，得到过硫酸铵溶液；其中，磷酸浓度为0.1mol/l～1mol/l；

5、步骤2：在50ml去离子水中加入钛酸钡，超声分散均匀，得到超声分散液；

6、步骤3：将步骤2中得到的分散液在冰水浴中冷却，加入步骤1中得到的苯胺分散液，混合均匀，持续搅拌60min，将该反应体系置于惰性气体气氛，控制温度，然后加入步骤1中的过硫酸铵溶液以引发聚合，进行聚合反应，然后过滤，洗涤，烘干得到聚苯胺包覆钛酸钡复合产物；过硫酸铵与苯胺单体摩尔比为1:1～1.4:1。

7、上述方法还包括步骤4：将步骤3中得到的聚苯胺包覆钛酸钡与聚丙烯腈在n,n-二甲基甲酰胺中混合，通过静电纺丝制备成膜。

8、进一步的，磷酸浓度优选为1mol/l。过硫酸铵与苯胺单体摩尔比优选为1.2:1。

9、进一步的，所述步骤1中的冷却温度为0-5℃。

10、进一步的，所述步骤3中的冷却温度为0-5℃，反应控制温度为0-5℃。

11、进一步的，所述步骤3中的惰性气体为氮气。

12、进一步的，所述步骤3中的聚合反应时间为6h～10h，反应时间优选6h。

13、进一步的，所述步骤4中的静电纺丝的条件为纺丝速度0.5ml/h，纺丝电压为20kv，纺丝液体积为4ml。

14、进一步的，所述步骤4中聚苯胺包覆钛酸钡的添加量优选3％。

15、进一步的，所述步骤4中使用的聚丙烯腈的分子量为80000。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、1、本发明选择了磷酸作为反应的掺杂剂，相比盐酸等质子酸具有更好的抗脱掺杂性、稳定性。

18、2、本发明制备的聚苯胺包覆钛酸钡复合材料具有较好的电性能，对其电导率进行了测试，最优电阻率为19.54ω/cm，电导率为5.12×10-2s/cm。

19、3、本发明制备的聚苯胺包覆钛酸钡材料显著提高了聚丙烯腈纤维膜的压电性能，添加量为3％时聚丙烯腈复合纤维膜的电压输出较纯的聚丙烯腈纤维膜提高了2.44v。

20、本发明在钛酸钡表面包覆聚苯胺，较纯钛酸钡，电学性能得到了大幅提高，此方法成功地改善了钛酸钡在聚合物基体中的分散性，解决了钛酸钡在制备无机-有机复合压电材料方面存在的问题。

技术特征：

1.一种导电聚苯胺包覆钛酸钡复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的导电聚苯胺包覆钛酸钡复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的冷却温度为0-5℃。

3.如权利要求1所述的导电聚苯胺包覆钛酸钡复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的冷却温度为0-5℃，反应控制温度为0-5℃。

4.如权利要求1所述的导电聚苯胺包覆钛酸钡复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的惰性气体为氮气。

5.如权利要求1所述的导电聚苯胺包覆钛酸钡复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的聚合反应时间为6h～10h。

6.如权利要求1所述的导电聚苯胺包覆钛酸钡复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中的静电纺丝的条件为纺丝速度0.5ml/h，纺丝电压为20kv，纺丝液体积为4ml。

7.如权利要求1所述的导电聚苯胺包覆钛酸钡复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中使用的聚丙烯腈的分子量为80000。

技术总结本发明公开了一种导电聚苯胺包覆钛酸钡复合材料的制备方法，以钛酸钡(BT)为“基体”，苯胺单体在冰水浴条件下，使用磷酸掺杂，通过化学氧化还原法合成磷酸掺杂的聚苯胺(PANI)并包覆到钛酸钡上，制得核壳结构的聚苯胺@钛酸钡复合材料(PANI@BT)。本发明在钛酸钡表面包覆聚苯胺，较纯钛酸钡，电学性能得到了大幅提高，此方法成功地改善了钛酸钡在聚合物基体中的分散性，解决了钛酸钡在制备无机‑有机复合压电材料方面存在的问题。技术研发人员：陈淑花,王树凤,于驰,张晶受保护的技术使用者：大连大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13