一种高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料及其制备方法技术

一种高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料及其制备方法，它涉及一种聚偏氟乙烯基复合材料及其制备方法。本发明专利技术的目的是要解决现有方法制备的石墨烯/PVDF复合材料存在介电常数偏低的问题。一种高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料由Ag-石墨烯、N-甲基吡咯烷酮和PVDF树脂制备而成。方法的：一、制备Ag-石墨烯/N-甲基吡咯烷酮悬浮液；二、制备PVDF树脂/N-甲基吡咯烷酮溶液；三、混合得到Ag-石墨烯/PVDF树脂/N-甲基吡咯烷酮混合物；四、成膜得到Ag-石墨烯/PVDF三相复合材料薄膜；五、成型得到高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料。本发明专利技术主要用于制备高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚偏氟乙烯基复合材料及其制备方法。
技术介绍
自从2004年英国曼彻斯特的Geim等用简单的微机械剥离法首先制备出单层的石墨烯以来，这种新型碳材料就以其特有的力学、电学和化学性能以及独特的准二维片状分子结构和在未来高科技领域中所具备的许多潜在的应用价值，迅速成为物理、化学以及材料科学领域研究的热点。又由于其价格相对低廉、比表面积大和优异的性能成为聚合物基复合材料的理想填料，有望合成出具有高导电率、高强度、高热稳定性并具有一定的阻燃性的聚合物基复合材料，进一步扩大聚合物材料的应用范围。如宋洪松等人对石墨烯/PVDF（PVDF树脂主要是指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其他少量含氟乙烯基单体的共聚物）复合材料的介电性能进行了研究发现当石墨烯用量达到0.25％时，其介电常数接近16，比纯PVDF提高了70％，介电性能得到了明显改善。但是介电常数仍然偏低，而且石墨烯非常不易分散。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有方法制备的石墨烯/PVDF复合材料存在介电常数偏低的问题，而提供一种高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料及其制备方法。一种高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料由Ag-石墨烯、N-甲基吡咯烷酮和PVDF树脂制备而成；所述的Ag-石墨烯与PVDF树脂的质量比为1:(5~50)；所述的Ag-石墨烯和PVDF树脂总质量与N-甲基吡咯烷酮质量的比为1:(6~125)。一种高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、制备Ag-石墨烯/N-甲基吡咯烷酮悬浮液：首先将Ag-石墨烯加入N-甲基吡咯烷酮中，并在超声频率为40Hz~250Hz下超声分散30min~60min，得到Ag-石墨烯/N-甲基吡咯烷酮悬浮液；二、制备PVDF树脂/N-甲基吡咯烷酮溶液：将PVDF树脂加入N-甲基吡咯烷酮中，并在温度为50℃~60℃下加热溶解1h~3h，得到PVDF树脂/N-甲基吡咯烷酮溶液；三、混合：在搅拌条件下将Ag-石墨烯/N-甲基吡咯烷酮悬浮液和PVDF树脂/N-甲基吡咯烷酮溶液进行混合，混匀后在超声频率为40Hz~250Hz下超声分散30min~90min，即得到Ag-石墨烯/PVDF树脂/N-甲基吡咯烷酮混合物；四、成膜：将Ag-石墨烯/PVDF树脂/N-甲基吡咯烷酮混合物浇铸于玻璃基片上，然后置于温度为60℃~120℃的恒温箱中恒温干燥6h~12h，即在玻璃基片上得到Ag-石墨烯/PVDF三相复合材料薄膜；五、成型：首先将Ag-石墨烯/PVDF三相复合材料薄膜从玻璃基片上剥下，然后进行折叠放入模具中，再在温度为200℃~240℃、压力为10MPa~40MPa下热压10min~30min，即得到高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料；步骤一中所述的Ag-石墨烯与N-甲基吡咯烷酮的质量比为1:(50~500)；步骤二中所述的PVDF树脂与N-甲基吡咯烷酮的质量比为1:(5~50)；步骤三中所述的Ag-石墨烯/N-甲基吡咯烷酮悬浮液中Ag-石墨烯与PVDF树脂/N-甲基吡咯烷酮溶液中PVDF树脂的质量比为1:(5~50)。本专利技术优点：本专利技术采用Ag-石墨烯调节PVDF树脂的介电常数，通过调整Ag-石墨烯的添加量可以显著提高PVDF树脂的介电常数，所以本专利技术制备的高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料具有较高的介电常数，在1KHz条件下复合材料的介电常数为50~710。附图说明图1是试验一步骤一中所述Ag-石墨烯的XRD图；图2是试验一步骤一中所述Ag-石墨烯的SEM图；图3是试验一至试验七制备的高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料和纯PVDF树脂的介电常数曲线图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是一种高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料，由Ag-石墨烯、N-甲基吡咯烷酮和PVDF树脂制备而成。本实施方式所述的Ag-石墨烯与PVDF树脂的质量比为1:(5~50)；本实施方式所述的Ag-石墨烯和PVDF树脂总质量与N-甲基吡咯烷酮质量的比为1:(6~125)。本专利技术采用Ag-石墨烯调节PVDF树脂的介电常数，通过调整Ag-石墨烯的添加量可以显著提高PVDF树脂的介电常数，所以所述的高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料具有较高的介电常数，在1000Hz频率下复合材料的介电常数为10~710。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的Ag-石墨烯是采用下述步骤制备的：首先以石墨粉为原料采用改进的Hummers法制成氧化石墨，然后在超声频率为40Hz~250Hz下将氧化石墨分散于去离子水中，超声分散时间为1h~3h，即得到浓度为0.01g/mL~0.1g/mL的氧化石墨烯分散液，然后加入浓度为0.01mol/L~1mol/L的AgNO3水溶液，并继续在超声频率为40Hz~250Hz下超声30min~60min后采用水浴加热将混合液从室温升温至60℃~100℃水浴，然后逐滴加入浓度为0.05mol/L~0.5mol/L的NaBH4水溶液，得到混合液，并在水浴温度为60℃~100℃下回流反应2h~8h，反应结束后采用布氏漏斗抽滤，得到的固体先采用蒸馏水洗涤3~5次，再采用乙醇洗涤3~5次，洗涤后的固体在温度为60℃~80℃下真空干燥12h~24h，得到Ag-石墨烯；所述加入的浓度为0.01mol/L~1mol/L的AgNO3水溶液与浓度为0.01g/mL~0.1g/mL的氧化石墨烯分散液的体积比为1:(5~50)；所述加入的浓度为0.05mol/L~0.5mol/L的NaBH4水溶液与浓度为0.01g/mL~0.1g/mL的氧化石墨烯分散液的体积比为1:(1~10)。其他与具体实施方式一相同。本实施方式采用负载Ag对石墨烯进行了改性，解决了石墨烯分散性差的问题。本实施方式所述的改进的Hummers法具体操作过程如下：将5g石墨、2.5g硝酸钠、115mL98％浓硫酸混合置于冰浴中，搅拌30min，使其充分混合。称取15g KMnO4，加入上述混合液继续搅拌一会后，移入35℃温水浴中继续搅拌30min。缓慢滴加225mL温水，使温度上升至98℃，保持1h，用蒸馏水将反应液(控制温度在100℃以下)稀释至700mL后加20mL30％H2O2，趁热过滤，用5％HCl和蒸馏水充分洗涤直至用BaCl2检验滤液中无SO42-离子，用AgNO3检验无Cl-离子为止，然后在60℃下烘干24~48h，得到氧化石墨。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一的不同点是：所述的Ag-石墨烯与PVDF树脂的质量比为1:(9~本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料，其特征在于高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料由Ag？石墨烯、N？甲基吡咯烷酮和PVDF树脂制备而成；所述的Ag？石墨烯与PVDF树脂的质量比为1:(5~50)；所述的Ag？石墨烯和PVDF树脂总质量与N？甲基吡咯烷酮质量的比为1:(6~125)。

【技术特征摘要】
1.一种高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料，其特征在于高介电常数聚偏氟乙烯基复合材
料由Ag-石墨烯、N-甲基吡咯烷酮和PVDF树脂制备而成；所述的Ag-石墨烯与PVDF树脂
的质量比为1:(5~50)；所述的Ag-石墨烯和PVDF树脂总质量与N-甲基吡咯烷酮质量的比为
1:(6~125)。
2.根据权利要求1所述的一种高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料，其特征在于所述的
Ag-石墨烯是采用下述步骤制备的：首先以石墨粉为原料采用改进的Hummers法制成氧化石
墨，然后在超声频率为40Hz~250Hz下将氧化石墨分散于去离子水中，超声分散时间为1h~3h，
即得到浓度为0.01g/mL~0.1g/mL的氧化石墨烯分散液，然后加入浓度为0.01mol/L~1mol/L的
AgNO3水溶液，并继续在超声频率为40Hz~250Hz下超声30min~60min后采用水浴加热将混
合液从室温升温至60℃~100℃水浴，然后逐滴加入浓度为0.05mol/L~0.5mol/L NaBH4水溶液，
得到混合液，并在水浴温度为60℃~100℃下回流反应2h~8h，反应结束后采用布氏漏斗抽滤，
得到的固体先采用蒸馏水洗涤3~5次，再采用乙醇洗涤3~5次，洗涤后的固体在温度为
60℃~80℃下真空干燥12h~24h，得到Ag-石墨烯；所述加入的浓度为0.01mol/L~1mol/L的
AgNO3水溶液与浓度为0.01g/mL~0.1g/mL的氧化石墨烯分散液的体积比为1:(5~50)；所述
加入的浓度为0.05mol/L~0.5mol/L的NaBH4水溶液与浓度为0.01g/mL~0.1g/mL的氧化石墨
烯分散液的体积比为1:(1~10)。
3.根据权利要求1所述的一种高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料，其特征在于所述的
Ag-石墨烯与PVDF树脂的质量比为1:(9~12)；本实施方式所述的Ag-石墨烯和PVDF树脂总
质量与N-甲基吡咯烷酮质量的比为1:(12~100)。
4.如权利要求1所述的一种高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料的制备方法，其特征在于
一种高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：一、制备Ag-石墨
烯/N-甲基吡咯烷酮悬浮液：首先将Ag-石墨烯加入N-甲基吡咯烷酮中，并在超声频率为
40Hz~250Hz下超声分散30min~60min，得到Ag-石墨烯/N-甲基吡咯烷酮悬浮液；二、制备
PVDF树脂/N-甲基吡咯烷酮溶液：将PVDF树脂加入N-甲基吡咯烷酮中，并在温度为
50℃~60℃下加热溶解1h~3h，得到PVDF树脂/N-甲基吡咯烷酮溶液；三、混合：在搅拌条
件下将Ag-石墨烯/N-甲基吡咯烷酮悬浮液和PVDF树脂/N-甲基吡咯烷酮溶液进行混合，混匀
后在超声频率为40Hz~250Hz下超声分散30min~90min，即得到Ag-石墨烯/PVDF树脂/N-甲
基吡咯烷酮混合物；四、成膜：将Ag-石墨烯/PVDF树脂/N-甲基吡咯烷酮混合物浇铸于玻璃
基片上，然后置于温度为60℃~120℃的恒温箱中恒温干燥6h~12h，即在玻璃基片上得到Ag-
石墨烯/PVDF三相复合材料薄膜；五、成型：首先将Ag-石墨烯/PVDF三相复合材料薄膜从
玻璃基片上剥下...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，李琳，
申请(专利权)人：哈尔滨师范大学，
类型：发明
国别省市：