【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁电功能材料及其制备，具体涉及一种具有压电分层结构的磁电复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着电子材料及器件飞速发展，单一化功能材料难以满足新型电子元器件的微型化和多功能化的需求，研制多重功能复合材料成为材料领域研究热点。多铁磁电复合材料将压电相与磁致伸缩相复合在一起从而实现强耦合的一类新型多功能材料，不仅具备单一铁电材料和铁磁材料的所有特性，且具有由铁电有序、磁有序耦合所产生全新的功能效应—磁电耦合效应，即实现电能与磁能、电信息与磁信息的相互转换与调控，使其在能量采集、传感器、数据存储、可调谐电容电感器件、自旋电子器件及多态存储原件等领域有着潜在巨大的应用前景。
2、与铁电陶瓷相比，铁电聚合物具有更好的柔性，更大的抗老化特性，并且聚合物相比于无机陶瓷能提供更大的弹性形变。陶瓷基磁电复合材料虽然具有高的磁电耦合性能，但是这类磁电复合材料的基体材料仍然以陶瓷为主，无可避免的导致复合材料整体上柔韧性差，抗疲劳性能不足，在使用过程中容易造成材料的破损以及性能的衰减。聚合物基磁电复合材料为新一代功能材料与器件在化学、物理、生物穿戴及软体机器人等领域的应用设计、制备提供了新的思路，备受研究者的青睐。一方面，该类材料保持有机聚合物和磁性能材料各自优点，如压电、铁电和磁致伸缩性能，而且能产生强磁电耦合响应；另一方面，与传统块体材料相比，聚合物基磁电复合材料具有良好加工性和力学性能、柔性好及各种复杂形状成型性等优点。聚合物基磁电复合材料主要是具有铁磁性的纳米粒子或者纳米纤维分散于铁电聚合物中。这类材料具有优异的柔韧
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种磁电综合性能优异的磁电复合材料，该复合材料具有磁电转换系数、良好机械性能，且制备工艺简单，尺寸稳定，生产效率高。解决了现有技术中磁电耦合性能不高、制备工艺比较复杂的问题，可用于柔性磁电传感器、能量采集器等柔性电子功能器件领域。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、具有压电分层结构的磁电复合材料，包括复合压电层和磁致伸缩复合层，所述复合压电层中的压电介质以沉积层形态分布在铁电聚合物基体中，所述磁致伸缩复合层由铁电聚合物和磁性颗粒混合而成。
4、优选地，所述铁电聚合物为偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物p(vdf-trfe)或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物p(vdf-hfp)。
5、优选地，所述复合压电层中压电介质为纳米batio3、纳米bi0.5na0.5tio3、纳米pb(zr0.52ti0.48)o3中的一种或几种，其粒径为50nm～200nm。
6、优选地，所述磁致伸缩复合层中磁性颗粒为尖晶石铁氧体，所述尖晶石铁氧体可以为nife2o4或ni0.8zn0.2fe2o4，粒径为0.05μm～2μm，所述尖晶石铁氧体与所述铁电聚合物的质量比为0.2～0.5：1。
7、优选地，所述复合压电层与磁致伸缩复合层的层厚比为1:3～1:6。
8、本专利技术还提供上述具有压电分层结构的磁电复合材料的制备方法，包括如下步骤：
9、步骤一，压电浆料配置：取压电纳米颗粒溶于无机溶剂，超声处理，获得均匀压电浆料；
10、步骤二，压电粉层成型：利用刮涂或印刷工艺将步骤一所得压电浆料均匀地涂覆在基板上，加热湿膜并冷却干燥，待溶剂完全挥发后形成压电粉层；
11、步骤三，压电粉层涂覆铁电聚合物：采用旋涂或刮涂工艺将铁电聚合物溶液涂覆至步骤二制得的压电粉层上，加热所得复合湿膜，预固化至铁电聚合物溶液完全渗透入压电粉层并包裹所述纳米颗粒，得复合压电层；
12、步骤四，磁致伸缩复合层成型：按质量比为0.2～0.5：1的比例配置铁氧体颗粒与铁电聚合物复合浆料，搅拌均匀，采用旋涂或刮涂工艺在步骤三制得的复合压电层的任一表层涂覆所述复合浆料，得层状湿膜；
13、步骤五，磁电复合膜固化成型：将步骤四所得层状湿膜高温固化，冷却，从基板剥离膜，可制得磁电复合材料。
14、优选地，步骤一中，所述无机溶剂为乙醇、乙二醇或丙酮中的一种。
15、优选地，步骤三中，所述加热预固化时间为5～8min，温度为80～90℃。
16、优选地，步骤五中，所述高温固化温度为200～210℃，所述固化时间为10～20min。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
18、1、本专利技术提供的复合材料从微观结构进行分层设计，使这种分层构型增加了复合材料的电阻率和减小了漏电流，提升了复合材料的电极化能力，明显提高了复合材料的极化电荷和压电性能，实现了复合材料磁电耦合性能高可调性；
19、2、本专利技术通过将亚微米铁氧体颗粒复合填充铁电得到磁致伸缩复合层，磁致伸缩层在磁场作用下产生较大的形变作用直接加载在分层排布压电纳米颗粒的铁电聚合物基体，产生大电压输出；
20、3、本专利技术的复合压电层和磁致伸缩复合层中均含有铁电聚合物，可使复合压电层与磁致伸缩复合层通过其均含有的铁电聚合物基体紧密结合，聚合物溶液渗透到压电粉层内部并覆盖纳米材料表面，在构筑柔性压电层的同时，避免了压电介质与磁致伸缩介质因两者模量不匹配而发生裂纹和分层问题，实现了磁电复合材料在保持较高磁电耦合性能同时，具有大角度或大范围卷曲、折叠和高稳定性；
21、4、本专利技术提供的制备方法实现了聚合物基磁电复合材料膜厚均一性，制成的聚合物磁电复合材料柔性好、性能稳定；本专利技术的磁电复合材料的厚度可以根据需要自由调整，从几十微米到毫米级均可，还可根据场合，形状可以进行任意裁切；工艺操作简单，大批量制备，中间成本低，该方法适用于其他功能聚合物基复合材料如介电储能聚合物等的制备。
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1.具有压电分层结构的磁电复合材料，其特征在于：所述磁电复合材料包括复合压电层和磁致伸缩复合层，所述复合压电层中压电介质以沉积层形态分布在铁电聚合物基体中，所述磁致伸缩复合层由铁电聚合物和磁性颗粒混合而成，所述磁致伸缩复合层中的磁性颗粒与铁电聚合物的质量比为0.2～0.5：1。
2.如权利要求1所述的具有压电分层结构的磁电复合材料，其特征在于：所述铁电聚合物为偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE)或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物P(VDF-HFP)。
3.如权利要求1所述的具有压电分层结构的磁电复合材料，其特征在于：所述复合压电层中压电介质为纳米BaTiO3、纳米Bi0.5Na0.5TiO3、纳米Pb(Zr0.52Ti0.48)O3中的一种或几种，其粒径范围为50nm～200nm。
4.如权利要求1所述的具有压电分层结构的磁电复合材料，其特征在于：所述磁致伸缩复合层中的磁性颗粒为尖晶石铁氧体NiFe2O4或Ni0.8Zn0.2Fe2O4中的一种，其粒径范围为0.05μm～2μm。
5.如权利要求1所述的具有压电分层结构的磁电复
6.一种具有压电分层结构的磁电复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述复合压电层中压电介质以沉积层形态分布在铁电聚合物基体中。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，加热预固化时间为5～8min，温度为80～90℃。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，所述高温固化温度为200～210℃，固化时间为10～20min。
10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)将所得复合湿膜加热预固化至铁电聚合物溶液完全渗透入压电粉层。
...【技术特征摘要】
1.具有压电分层结构的磁电复合材料，其特征在于：所述磁电复合材料包括复合压电层和磁致伸缩复合层，所述复合压电层中压电介质以沉积层形态分布在铁电聚合物基体中，所述磁致伸缩复合层由铁电聚合物和磁性颗粒混合而成，所述磁致伸缩复合层中的磁性颗粒与铁电聚合物的质量比为0.2～0.5：1。
2.如权利要求1所述的具有压电分层结构的磁电复合材料，其特征在于：所述铁电聚合物为偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物p(vdf-trfe)或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物p(vdf-hfp)。
3.如权利要求1所述的具有压电分层结构的磁电复合材料，其特征在于：所述复合压电层中压电介质为纳米batio3、纳米bi0.5na0.5tio3、纳米pb(zr0.52ti0.48)o3中的一种或几种，其粒径范围为50nm～200nm。
4.如权利要求1所述的具有压电分层结构的磁电复合材料，其特征在于：所述磁致伸缩复合层中的磁性颗粒为尖晶石...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜，廖思华，刘丹，颜铄清，邹鸿翔，
申请(专利权)人：湖南工程学院，
类型：发明
国别省市：
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