一種電卡材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種電卡材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在各種材料中，電卡材料利用外加電場來激發(fā)其體內(nèi)的相變，并借助相變引起的 吸熱作用實(shí)現(xiàn)制冷?；陔娍ú牧系闹评淦鳠o需使用對環(huán)境具有嚴(yán)重危害的氟利昂等制冷 劑，并擁有理想的制冷效率。電卡效應(yīng)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)下一代高效環(huán)保型制冷器件的重要途 徑，高性能電卡材料與器件的研制將為未來固態(tài)集成制冷技術(shù)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)，還 可被應(yīng)用于新型柔性電子與信息器件的導(dǎo)熱和控溫，并有望全面取代現(xiàn)有的空調(diào)、冰箱等 對環(huán)境有嚴(yán)重危害的高能耗制冷設(shè)備。
[0003] 電卡材料可分為無機(jī)電卡材料與有機(jī)電卡材料兩大類。無機(jī)電卡材料，如鈦酸鋇、 鋯鈦酸鉛等陶瓷和單晶等，具有較高的電卡強(qiáng)度，但其介電擊穿場強(qiáng)較低，且不具柔性，無 法應(yīng)用于可穿戴設(shè)備中。有機(jī)電卡材料，如聚偏氟乙烯（PVDF)基鐵電共聚物，雖具有理想 的柔韌性，但其電卡強(qiáng)度低，必須通過較大的外加電場來激發(fā)較強(qiáng)的電卡效應(yīng)。因此，研究 與開發(fā)具有柔性的高性能電卡材料具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種電卡材料及其制備方 法，其目的在于獲得具有良好柔韌性和理想電卡效應(yīng)的電卡材料，由此解決柔韌性和電卡 強(qiáng)度不能兼?zhèn)涞募夹g(shù)問題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種電卡材料，其特征在于，由 覆蓋在柔性襯底上的BST陶瓷納米線陣列構(gòu)成，所述BST陶瓷納米線陣列中，Ba和Sr的摩 爾比為（1~3) :1。
[0006] 優(yōu)選地，所述柔性襯底為聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺薄膜或透明膠帶。
[0007] 按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種電卡材料的制備方法，其特征在于，包括如 下步驟：（1)將表面鍍有氟摻雜氧化錫的玻璃置于鈦酸四丁酯的鹽酸溶液中，在100°c~ 200°C下進(jìn)行第一次水熱反應(yīng)，在玻璃表面生成二氧化鈦納米線陣列；（2)將表面長有二氧 化鈦納米線陣列的玻璃放入含Ba2+和Sr2+的溶液中，其中，Ba2+和Sr2+的摩爾濃度比為（1~ 3) :1，在150°C~230°C下進(jìn)行第二次水熱反應(yīng)，在玻璃表面生成BST陶瓷納米線陣列；（3) 將BST陶瓷納米線陣列從玻璃表面剝離并轉(zhuǎn)移到柔性襯底上，得到BST陶瓷納米線陣列電 卡材料。
[0008] 優(yōu)選地，所述步驟（3)具體為：在柔性襯底上涂覆電極漿料，將柔性襯底覆蓋BST 陶瓷納米線陣列，其中，電極漿料與BST陶瓷納米線陣列接觸；待電極漿料干燥后將柔性襯 底從玻璃表面剝離完成BST陶瓷納米線陣列的轉(zhuǎn)移。
[0009] 優(yōu)選地，所述柔性襯底為聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺薄膜或透明膠帶。
[0010] 按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種覆蓋在柔性襯底上的BST陶瓷納米線陣列作 為電卡材料的應(yīng)用。
[0011] 優(yōu)選地，所述BST陶瓷納米線陣列中，Ba和Sr的摩爾比為（1~3) :1。
[0012] 優(yōu)選地，所述柔性襯底為聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺薄膜或透明膠帶。
[0013] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效 果：首次將BST陶瓷納米線陣列用作電卡材料，通過將BST陶瓷納米線陣列轉(zhuǎn)移到柔性襯底 上，充分利用鐵電陶瓷良好的電卡效應(yīng)和納米線陣列特殊微結(jié)構(gòu)具有的柔韌性，制得具有 良好柔韌性和理想電卡效應(yīng)的電卡材料，實(shí)現(xiàn)了無機(jī)柔性電卡材料的制備。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的電卡材料的制備方法流程圖；
[0015] 圖2是實(shí)施例1制得的電卡材料的表面SEM圖；
[0016] 圖3是實(shí)施例1制得的電卡材料的截面SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0018] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的電卡材料的制備方法包括如下步驟：
[0019] (1)將表面鍍有氟摻雜氧化錫的玻璃置于鈦酸四丁酯的鹽酸溶液中，在100°C~ 200°C下進(jìn)行第一次水熱反應(yīng)，在玻璃表面生成二氧化鈦納米線陣列。
[0020] (2)將表面長有二氧化鈦納米線陣列的玻璃放入含Ba2+和Sr2+的溶液中，其中， Ba2+和Sr2+的摩爾濃度比為（1~3) : 1，在150°C~230°C下進(jìn)行第二次水熱反應(yīng)，在玻璃表 面生成BST陶瓷納米線陣列。
[0021] (3)將BST陶瓷納米線陣列從玻璃表面剝離并轉(zhuǎn)移到柔性襯底上，得到BST陶瓷納 米線陣列電卡材料。
[0022] 具體操作為：在柔性襯底上涂覆電極漿料，將柔性襯底覆蓋BST陶瓷納米線陣列， 其中，電極漿料與BST陶瓷納米線陣列接觸；待電極漿料干燥后將柔性襯底從玻璃表面剝 離完成BST陶瓷納米線陣列的轉(zhuǎn)移。
[0023] 具體地，柔性襯底為聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺薄膜或透明膠帶。
[0024] 步驟（2)得到的在玻璃表面的陶瓷納米線陣列是不具有柔性的，因?yàn)椴Ａбr底不 具有柔性，上述通過步驟（3)將陶瓷納米線陣列從非柔性的玻璃表面剝離并轉(zhuǎn)移到柔性襯 底上，得到柔性陶瓷納米線陣列電卡材料，利用這種陣列的柔性解決高性能無機(jī)電卡材料 不具有柔性的問題。
[0025] 為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的電卡材 料的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026] 實(shí)施例1
[0027] 取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的鹽酸與去離子水按照體積比1:1混合，得到鹽酸溶液；在鹽 酸溶液中加入鈦酸四丁酯，鈦酸四丁酯與鹽酸溶液的體積比為1. 5:100,得到鈦酸四丁酯的 鹽酸溶液；將表面鍍有氟摻雜氧化錫的玻璃置于鈦酸四丁酯的鹽酸溶液中，放入水熱反應(yīng) 釜，進(jìn)行第一次水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為150Γ，反應(yīng)時間為20小時；此后清洗反應(yīng)后得到的 二氧化鈦納米線陣列；將氫氧化鋇和氫氧化鍶溶于去離子水中，得到的混合液中氫氧化鋇 的濃度為〇. 〇15mol/L，氫氧化鍶的濃度為0. 005mol/L，將表面長有二氧化鈦納米線陣列的 玻璃放入混合液中，進(jìn)行第二次水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為210°C，反應(yīng)時間為8小時；對反應(yīng)后 的納米線陣列進(jìn)行清洗，得到BST陶瓷納米線陣列，如圖2和圖3所示。將BST陶瓷納米線 陣列從玻璃表面剝離并轉(zhuǎn)移到聚二甲基硅氧烷柔性襯底上，得到具有柔性的BST陶瓷納米 線陣列電卡材料。
[0028] 實(shí)施例2和3
[0029] 取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的鹽酸分別與去離子水按照體積比1:2和2:1混合，其余同實(shí) 施例1。
[0030] 實(shí)施例4和5
[0031] 鈦酸四丁酯與鹽酸溶液的體積比分別為1:100和10:100,其余同實(shí)施例1。
[0032] 實(shí)施例6和7
[0033] 第一次水熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度分別為100°C和200°C，其余同實(shí)施例1。
[0034] 實(shí)施例8、9和10
[0035] 在第二次水熱反應(yīng)中，氫氧化鋇和氫氧化鎖在混合液中的濃度分別為0. 012mol/L 和(λ005mol/L、0. 01mol/L和(λ005mol/L以及(λ005mol/L和(λ005mol/L，其余同實(shí)施例 1〇
[0036] 實(shí)施例11和12
[0037] 第二次水熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度分別為150°C和230°C，其余同實(shí)施例1。
[0038] 實(shí)施例13
[0039] 第二次水熱反應(yīng)的反應(yīng)時間為12小時，其余同實(shí)施例1。
[0040] 實(shí)施例14和15
[0041] 分別以聚酰亞胺薄膜和透明膠帶為柔性襯底，其余同實(shí)施例1。
[0042] 對上述實(shí)施例制得的電卡材料進(jìn)行性能測試，結(jié)果如下表所示。
[0043]
[0044] 通過上表可以看出，實(shí)施例1的反應(yīng)條件得到的電卡材料具有最好的性能。通過 和其它實(shí)施例的對比我們可以看出兩次水熱反應(yīng)的溫度、鹽酸溶液的濃度、鈦酸四丁酯與 鹽酸溶液的比例、氫氧化鋇和氫氧化鎖溶液的濃度以及第二次水熱反應(yīng)的時間都會影響到 材料的性能。
[0045] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電卡材料，其特征在于，由覆蓋在柔性襯底上的BST陶瓷納米線陣列構(gòu)成，所述 BST陶瓷納米線陣列中，Ba和Sr的摩爾比為（1~3) : 1。2. 如權(quán)利要求1所述的電卡材料，其特征在于，所述柔性襯底為聚二甲基硅氧烷、聚酰 亞胺薄膜或透明膠帶。3. -種電卡材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： (1)將表面鍍有氟摻雜氧化錫的玻璃置于鈦酸四丁酯的鹽酸溶液中，在l〇〇°C~200°C下進(jìn)行第一次水熱反應(yīng)，在玻璃表面生成二氧化鈦納米線陣列； ⑵將表面長有二氧化鈦納米線陣列的玻璃放入含Ba2+和Sr2+的溶液中，其中，Ba2+和Sr2+的摩爾濃度比為（1~3) : 1，在150°C~230°C下進(jìn)行第二次水熱反應(yīng)，在玻璃表面生成 BST陶瓷納米線陣列； (3)將BST陶瓷納米線陣列從玻璃表面剝離并轉(zhuǎn)移到柔性襯底上，得到BST陶瓷納米線 陣列電卡材料。4. 如權(quán)利要求3所述的電卡材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（3)具體為：在柔 性襯底上涂覆電極漿料，將柔性襯底覆蓋BST陶瓷納米線陣列，其中，電極漿料與BST陶瓷 納米線陣列接觸；待電極漿料干燥后將柔性襯底從玻璃表面剝離完成BST陶瓷納米線陣列 的轉(zhuǎn)移。5. 如權(quán)利要求3或4所述的電卡材料的制備方法，其特征在于，所述柔性襯底為聚二甲 基硅氧烷、聚酰亞胺薄膜或透明膠帶。6. -種覆蓋在柔性襯底上的BST陶瓷納米線陣列作為電卡材料的應(yīng)用。7. 如權(quán)利要求6所述的覆蓋在柔性襯底上的BST陶瓷納米線陣列作為電卡材料的應(yīng) 用，其特征在于，所述BST陶瓷納米線陣列中，Ba和Sr的摩爾比為（1~3) : 1。8. 如權(quán)利要求6或7所述的覆蓋在柔性襯底上的BST陶瓷納米線陣列作為電卡材料的 應(yīng)用，其特征在于，所述柔性襯底為聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺薄膜或透明膠帶。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電卡材料及其制備方法。電卡材料由覆蓋在柔性襯底上的BST陶瓷納米線陣列構(gòu)成，所述BST陶瓷納米線陣列中，Ba和Sr的摩爾比為(1～3):1。本發(fā)明首次將BST陶瓷納米線陣列用作電卡材料，通過將BST陶瓷納米線陣列轉(zhuǎn)移到柔性襯底上，充分利用鐵電陶瓷良好的電卡效應(yīng)和納米線陣列特殊微結(jié)構(gòu)具有的柔韌性，制得具有良好柔韌性和理想電卡效應(yīng)的電卡材料，實(shí)現(xiàn)了無機(jī)柔性電卡材料的制備。
【IPC分類】C04B35/622, C04B35/468, C04B35/47
【公開號】CN105330287
【申請?zhí)枴緾N201510736091
【發(fā)明人】張光祖, 陳墨, 王慶, 沈孟, 劉品, 姜勝林, 曾亦可
【申請人】華中科技大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年11月3日