本发明专利技术涉及一种一步法合成一维核壳结构BaTiO3@Al2O3的制备方法。将核层和壳层纺丝液体分别加入内外两层针筒内，使用两个不同直径的针头套在一起组成同轴两层喷丝头，采用静电纺丝法进行纺丝。其中核层纺丝液体由醋酸钡、钛酸四丁酯和聚吡咯烷酮按比例组成；壳层纺丝液体有异丙醇铝和聚吡咯烷酮按比例组成。其制备产物为核壳结构，经过高温烧结后有机物挥发，最终形成一维核壳结构BaTiO3@Al2O3，其中长度约为10‑150 um，直径约为150‑400 nm（其中核层约75‑200 nm）。与现有技术相比，本发明专利技术具有制备成本低、制备工艺简单、核壳层厚度可控、可量产等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功能材料制备
，尤其是涉及一种一步法合成一维核壳结构BaTiO3@Al2O3的制备方法。
技术介绍
钛酸钡是一种一步法强电介质材料，具有优良的压电性能、热释电性能以及较大的介电常数，是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一，被誉为“电子陶瓷工业的支柱”，主要用于电子陶瓷、PTC热敏电阻、电容器等多种电子元器件的配制以及一些复合材料的增强。近年来，随着电子元器件的快速发展，人们对材料的综合性能的要求越来越高。虽然钛酸钡具有优异的性能，但是还是不能满足某些材料领域的需求。例如在高介电复合材料在电子元器件储能方面的应用，对材料要求具有高的介电常数、高的击穿场强。总所周知，压电陶瓷具有高的介电常数，其韧性、击穿场强较低；聚合物具有高的击穿场强、优异的韧性；将二者复合即可得到高介电复合材料。备受研究者关注的双向拉伸聚丙烯（BOPP）和聚偏氟乙烯（PVDF）其介电常数都小于10，和钛酸钡的介电常数相差甚远，可能在复合的时候会出现一个介电性能的错误匹配而导致综合性能的降低。为了解决上述问题，核壳结构由于其独特的结构特性，整合了内外两种材料的性质，并互相补充各自的不足，是近几年形貌决定性质的一个重要研究方向，且经久不衰，具有广泛的应用前景。目前制备核壳结构主要由一种一步法纳米材料通过化学键或其他作用力将另一种一步法纳米材料包覆起来形成的纳米尺度的有序组装结构。通常情况，研究者们都是通过两步或两步以上的方法才能制备，制备出的壳层的厚度以及均匀性难以控制。[Xingyi Huang and Pingkai Jiang, Core–Shell Structured High-k Polymer Nanocomposites for Energy Storage and Dielectric Applications, Advanced Materials 27.3 (2015): 546-554.]，因此探索一种一步法价格低廉、操作简单的的制备核-壳结构的方法迫在眉睫。一维的纳米结构具有大的长径比、比表面积大、以及独特的优越性，在医学、磁学、电学等方面都得以广泛的应用。静电纺丝是制备一维纳米按材料常见的一种一步法方法，具有参杂精确、过程可以控制、成本低，操作简单方便等优点。Liu等人应用静电纺丝制备出钛酸钡纳米线，然后再通过化包覆的方法制备出了一维核壳结构SiO2@BaTiO3[Shaohui Liu, Shuangxi Xue, Bo Shen and Jiwei Zhai, Reduced energy loss in poly(vinylidene fluoride) nanocomposites by filling with a small loading of core-shell structured BaTiO3/SiO2 nanofibers, Appl. Phys. Lett. 107, 032907 (2015)]。但是此种方法难以控制核壳层的厚度比，并且壳层的厚度的均匀性也难以控制。而目前用静电纺丝一步法制备核-壳结构的BaTiO3@Al2O3一维材料，并且能很好的控制核壳比例以及壳层均匀性相关报道甚少。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种一步法制备成本低、制备工艺简单、方便快速、工艺可控、纯度高的一步法制备核-壳结构的BaTiO3@Al2O3一维材料。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种一步法合成一维核壳结构BaTiO3@Al2O3的制备方法，具体步骤如下：（1）配制核层纺丝液体：按照摩尔比Ba：Ti=1：1的比例分别称取Ba(COOH)2和C16H36O4Ti；将Ba(COOH)2溶于CH3CH2COOH溶液中，Ba(COOH)2与CH3CH2COOH的质量比为1：（3-7），超声30 min，然后在温度为40-80℃下磁力搅拌30 min，直至Ba(COOH)2完全溶解于CH3CH2COOH中，得到溶液Ａ，将得到的溶液A在室温下静置0.5-2 h；将C16H36O4Ti加入到乙酰丙酮（C5H8O2）中，C16H36O4Ti与乙酰丙酮的质量比为1：（1.5-3），然后在室温下磁力搅拌0.5-2 h，得到溶液Ｂ，将得到的溶液B在室温下静置0.5-2 h；将PVP加入乙醇（CH3CH2OH）中，PVP与乙醇的质量比为1：（1.5-4），然后在温度为30-80℃下磁力搅拌30 min，直至PVP完全溶解于CH3CH2OH中，得到溶液Ｃ，将得到的溶液C在室温下静置0.5-2 h；将静置后的溶液A、溶液B和溶液C按质量比为1：1：2的比例混合，在室温下磁力搅拌1-3 h，得到一个透明澄清稳定的胶体溶液，最后将该胶体溶液在室温下静置1-3天，即得到核层纺丝液体；（2）配制壳层纺丝液体：将C9H21AlO3加入CH3CH2OH中，C9H21AlO3与CH3CH2OH的质量比为1：（1.5-4），超声30 min，然后在温度为40-80 ℃下磁力搅拌30 min，直至C9H21AlO3完全溶解于CH3CH2OH中，得到溶液Ｄ，将得到的溶液Ｄ在室温下静置0.5-2 h；将PVP加入乙醇（CH3CH2OH）中，PVP与乙醇的质量比为1：（1.5-4），然后在温度为30-80℃下磁力搅拌30 min，直至PVP完全溶解于CH3CH2OH中，得到溶液Ｅ，将得到的溶液Ｅ在室温下静置0.5-2 h；将静置后的溶液Ｄ、溶液Ｅ按质量比为1：2的比例混合，在室温下磁力搅拌1-3 h，得到一个透明澄清稳定的胶体溶液，最后将该溶液在室温下静置1-3天，即得到壳层纺丝液体；（3）将步骤（１）得到的核层纺丝液体加入到同轴纺丝的内管中，步骤（２）得到的壳层纺丝液体加入到同轴纺丝的外管中，进行静电纺丝，得到(PVP + Ba(COOH)2 + C16H36O4Ti) @ (PVP + C9H21AlO3)为前驱体的纤维；（4）将步骤（３）得到的(PVP + Ba(COOH)2 + C16H36O4Ti) @ (PVP + C9H21AlO3)为前驱体的纤维在40-90℃下干燥8-20 h，将干燥好的(PVP + Ba(COOH)2 + C16H36O4Ti) @ (PVP + C9H21AlO3)前驱体的纤维放在氧化铝干锅中置于马弗炉，按照升温速率为2℃/min升至600-1000℃，保温0.5-3h，最后冷却至室温得到一维核壳结构BaTiO3@Al2O3。本专利技术中，同轴纺丝中，所述内管和外管同轴布置，所述内管的端部套有第一针头，内管和第一针头组成第一喷丝头，第一针头内径为0.34 mm、外径为0.63 mm；所述外管的端部套有第二针头，外管和第二针头组成第二喷丝头，第二针头内径为0.12 mm、外径为1.48 mm。本专利技术中，所述内管和外管通过注射泵控制，用注射泵控制核层纺丝液体和壳层纺丝液体的速度比为1：（0.5-3），电压为10-20 kV，喷丝头与接收板的距离为10-20 cm。本专利技术中，所述的PVP为高分子粘结剂。本专利技术中，核壳层的厚度比，壳层的均匀性可控。与现有技术相比，本专利技术是利用两个截平不同直径大小的针头套在一起组成的同轴喷丝头，采用静电纺丝的方法制备了核壳本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种一步法合成一维核壳结构BaTiO3@Al2O3的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）配制核层纺丝液体：按照摩尔比Ba：Ti=1：1的比例分别称取Ba(COOH)2和C16H36O4Ti；将Ba(COOH)2溶于CH3CH2COOH溶液中，Ba(COOH)2与CH3CH2COOH的质量比为1：（3‑7），超声30 min，然后在温度为40‑80℃下磁力搅拌30 min，直至Ba(COOH)2完全溶解于CH3CH2COOH中，得到溶液Ａ，将得到的溶液A在室温下静置0.5‑2 h；将C16H36O4Ti加入到乙酰丙酮（C5H8O2）中，C16H36O4Ti与乙酰丙酮的质量比为1：（1.5‑3），然后在室温下磁力搅拌0.5‑2 h，得到溶液Ｂ，将得到的溶液B在室温下静置0.5‑2 h；将PVP加入乙醇（CH3CH2OH）中，PVP与乙醇的质量比为1：（1.5‑4），然后在温度为30‑80℃下磁力搅拌30 min，直至PVP完全溶解于CH3CH2OH中，得到溶液Ｃ，将得到的溶液C在室温下静置0.5‑2 h；将静置后的溶液A、溶液B和溶液C按质量比为1：1：2的比例混合，在室温下磁力搅拌1‑3 h，得到一个透明澄清稳定的胶体溶液，最后将该胶体溶液在室温下静置1‑3天，即得到核层纺丝液体；（2）配制壳层纺丝液体：将C9H21AlO3加入CH3CH2OH中，C9H21AlO3与CH3CH2OH的质量比为1：（1.5‑4），超声30 min，然后在温度为40‑80 ℃下磁力搅拌30 min，直至C9H21AlO3完全溶解于CH3CH2OH中，得到溶液Ｄ，将得到的溶液Ｄ在室温下静置0.5‑2 h；将PVP加入乙醇（CH3CH2OH）中，PVP与乙醇的质量比为1：（1.5‑4），然后在温度为30‑80℃下磁力搅拌30 min，直至PVP完全溶解于CH3CH2OH中，得到溶液Ｅ，将得到的溶液Ｅ在室温下静置0.5‑2 h；将静置后的溶液Ｄ、溶液Ｅ按质量比为1：2的比例混合，在室温下磁力搅拌1‑3 h，得到一个透明澄清稳定的胶体溶液，最后将该溶液在室温下静置1‑3天，即得到壳层纺丝液体；（3）将步骤（１）得到的核层纺丝液体加入到同轴纺丝的内管中，步骤（２）得到的壳层纺丝液体加入到同轴纺丝的外管中，进行静电纺丝，得到 (PVP + Ba(COOH)2 + C16H36O4Ti) @ (PVP + C9H21AlO3)为前驱体的纤维；（4）将步骤（３）得到的(PVP + Ba(COOH)2 + C16H36O4Ti) @ (PVP + C9H21AlO3)为前驱体的纤维在40‑90℃下干燥8‑20 h，将干燥好的(PVP + Ba(COOH)2 + C16H36O4Ti) @ (PVP + C9H21AlO3)前驱体的纤维放在氧化铝干锅中置于马弗炉，按照升温速率为2℃/min升至600‑1000℃，保温0.5‑3h，最后冷却至室温得到一维核壳结构BaTiO3@Al2O3。...
【技术特征摘要】
1.一种一步法合成一维核壳结构BaTiO3@Al2O3的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）配制核层纺丝液体：按照摩尔比Ba：Ti=1：1的比例分别称取Ba(COOH)2和C16H36O4Ti；将Ba(COOH)2溶于CH3CH2COOH溶液中，Ba(COOH)2与CH3CH2COOH的质量比为1：（3-7），超声30 min，然后在温度为40-80℃下磁力搅拌30 min，直至Ba(COOH)2完全溶解于CH3CH2COOH中，得到溶液Ａ，将得到的溶液A在室温下静置0.5-2 h；将C16H36O4Ti加入到乙酰丙酮（C5H8O2）中，C16H36O4Ti与乙酰丙酮的质量比为1：（1.5-3），然后在室温下磁力搅拌0.5-2 h，得到溶液Ｂ，将得到的溶液B在室温下静置0.5-2 h；将PVP加入乙醇（CH3CH2OH）中，PVP与乙醇的质量比为1：（1.5-4），然后在温度为30-80℃下磁力搅拌30 min，直至PVP完全溶解于CH3CH2OH中，得到溶液Ｃ，将得到的溶液C在室温下静置0.5-2 h；将静置后的溶液A、溶液B和溶液C按质量比为1：1：2的比例混合，在室温下磁力搅拌1-3 h，得到一个透明澄清稳定的胶体溶液，最后将该胶体溶液在室温下静置1-3天，即得到核层纺丝液体；（2）配制壳层纺丝液体：将C9H21AlO3加入CH3CH2OH中，C9H21AlO3与CH3CH2OH的质量比为1：（1.5-4），超声30 min，然后在温度为40-80 ℃下磁力搅拌30 min，直至C9H21AlO3完全溶解于CH3CH2OH中，得到溶液Ｄ，将得到的溶液Ｄ在室温下静置0.5-2 h；将PVP加入乙醇（CH3CH2OH）中，PVP与乙醇的质量比为1：（1.5-4），然后在温度为30-80℃下磁力搅拌30 min，直至PVP完全溶解于CH3CH2OH中，得到溶液Ｅ，将得到的溶液Ｅ在室温下静置0.5-2 h；将静置后的溶液Ｄ、溶液Ｅ按质量比为1：2的比例混...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟继卫，潘仲彬，沈波，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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