一种高压电性能PVDF薄膜的制备方法与流程

本发明属于薄膜材料制备技术领域，尤其涉及一种高压电性能的功能薄膜的制备方法。

背景技术：

聚偏二氟乙烯(polyvinylidinefluoride，简称pvdf)具有优越的压电、铁电、热电性能，广泛用于新型存储器、电容器、压电和热电转换器的制备。pvdf薄膜的制备方法有熔融挤出双向拉伸和溶液流延两种方法。采用熔融挤出双向拉伸制备的pvdf薄膜致密性好，抗电强度高，但投入大，损耗高。采用溶液流延法制备pvdf薄膜工艺简单，可按照投入小，易于操作。

pvdf结晶时晶体单胞内的不同构型分子链可配置成五种晶相：α、β、γ、δ、λ相。而常规方法下制备的pvdf薄膜大多为α相，不具备有压电性，而极性的β相的pvdf薄膜才具有压电性，而由α相转化为β相常规采用高温处理或拉伸或高电压极化，才可以将其转化，需求能源极大，且工艺复杂，产出率不高。

同时制成的pvdf膜中分子呈现无序状排布，因而影响了其压电性能，因此如何提高pvdf膜中的分子呈现有序状排布，从而提高其压电性能，显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决常规方法中具有压电性的β相的pvdf薄膜产出率不高，且功耗较大，而常规α相压电性较差的问题，提出了一种能够代替常规方法，将pvdf均匀地分布在石墨烯等片层材料的网络之中，并在急速温差或低电压下将其活化为β相的pvdf薄膜，使其整体规则排布且具有极性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种高压电性能的功能薄膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）将pvdf、片层纳米材料、溶剂，按照一定比例进行配比，在常温（15℃~25℃）下进行搅拌5~24h；

（2）搅拌完毕后将其抽真空，同时升温加热，先加热至40℃，保温1h，再加热至100℃~150℃，保温1~24h；

（3）流延制成薄膜，干燥；

（4）低电压下极化。

本发明还提供了一种高压电性能的功能薄膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）将pvdf、片层纳米材料、溶剂，按照一定比例进行配比，在常温（15℃~25℃）下进行搅拌5~24h；

（2）搅拌完毕后将其抽真空，升温加热，先加热至40℃，保温1h，再加热至100℃~150℃，保温1~24h；

（3）充入惰性气体，急速冷却至常温；

（4）流延制成薄膜，干燥。

优选的，所述片层纳米材料可以为石墨烯、氧化石墨烯、氧化还原石墨烯、c3n4等中的一种或多种的组合，优选氧化石墨烯。

优选的，所述溶剂可以为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、丙酮、丁酮、四氢呋喃等中的一种或几种的组合，优选n-甲基吡咯烷酮。

优选的，将pvdf、片层纳米材料、溶剂，按照一定比例进行配比，其混合溶液中，pvdf重量百分比为30wt％~70wt％，片状纳米材料重量百分比为5wt％~10wt％，溶剂重量百分比为20wt％~65wt％。

更优选的，将pvdf、片层纳米材料、溶剂，按照一定比例进行配比，其中，以重量比计，pvdf：氧化石墨烯：n-甲基吡咯烷酮=7：1：2。

优选的，极化时，电场强度保持10kv/cm~100kv/cm。

优选的，所得功能薄膜的厚度为1~100μm。

与现有技术相比，本发明提供了一种高压电性能的pvdf薄膜，其本质上是pvdf通过片状纳米材料的包裹，均匀地分布在片状纳米材料的层间，同时在温度急剧变化或者在较低的电压极化下，能够使得pvdf与片层状结合，让pvdf借助于片状纳米材料的网络，呈现规则排布，从而产生晶体效应，提高其压电性能，可用于电化学传感器。

本发明制备方法简单，可行性好，安全性提高，有较高的产出率，同时具有较高的压电性能。

附图说明

图1为α相pvdf结构排布示意图。

图2为β相pvdf结构排布示意图。

图3为pvdf借助氧化石墨烯片层结构实现高压电性能的分子式示意图。

图4为pvdf借助氧化石墨烯片层结构实现高压电性能的平面示意图。

图5为pvdf借助氧化石墨烯片层结构实现高压电性能的三维示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，列举以下实施例，但其对本发明无任何限制。

实施例1:

结合图1-图5，本发明提供了一种高压电性能pvdf薄膜的制备方法。步骤如下：

1、称取70mg干燥的pvdf粉末及10mg氧化石墨烯，将其溶于20mg的n-甲基吡咯烷酮；

2、常温下进行搅拌5h；

3、将其置于真空环境中加热，去除混合液中的气体；

4、将其升温至40℃，保温1h；

5、再加热至120℃，保温3h，后真空冷却；

6、将洗干净的玻璃板置于涂膜机上，调整刮刀狭缝宽度和流延速度；

7、放入配制处理好的pvdf溶液，流延制备pvdf薄膜；

8、然后将涂有pvdf溶液的玻璃板置于60℃的干燥箱中干燥24h；

9、从玻璃板上剥离制备好的pvdf薄膜；

10、常温下，电场强度保持100kv/cm，将其极化。

实施例2:

结合图1-图3，本发明提供了一种高压电性能pvdf薄膜的制备方法。步骤如下：

1、称取70mg干燥的pvdf粉末及10mg氧化石墨烯，将其溶于20mg的n-甲基吡咯烷酮；

2、常温下进行搅拌5h；

3、将其置于真空环境中加热，去除混合液中的气体；

4、将其升温至40℃，保温1h；

5、再加热至120℃，保温3h；

6、后通入氩气将其迅速冷却；

7、将洗干净的玻璃板置于涂膜机上，调整刮刀狭缝宽度和流延速度；

8、放入配制处理好的pvdf溶液，流延制备pvdf薄膜，通过急速退火使得聚偏氟乙烯分子在石墨烯中规则排布；

9、然后将涂有pvdf溶液的玻璃板置于60℃的干燥箱中干燥24h；

10、从玻璃板上剥离制备好的pvdf薄膜。

图1为常规α相pvdf分子构型，图2为β相pvdf分子构型。

图3为pvdf借助氧化石墨烯片层结构实现高压电性能的分子式示意图，pvdf分子借助石墨烯的碳链片层结构进行有序排布，其在搅拌完毕后，经由急剧温差变化或者低电压极化即可完成规则排布。

图4为pvdf借助氧化石墨烯片层结构实现高压电性能的平面示意图，pvdf分子借助石墨烯的碳链片层结构进行有序排布，其在搅拌完毕后，经由急剧温差变化或者低电压极化即可完成规则排布，其本质与图3相同。

图5为pvdf借助氧化石墨烯片层结构实现高压电性能的三维示意图，pvdf分子借助石墨烯的碳链片层结构进行有序排布，其在搅拌完毕后，经由急剧温差变化或者低电压极化即可完成规则排布，其本质与图3、图4相同。