一种压电材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种压电材料的制备方法,属于压电材料制备技术领域。
背景技术
压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。压电效应的机理是:具有压电性的晶体对称性较低,当受到外力作用发生形变时,晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合,导致晶体发生宏观极化,而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影,所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。反之,压电材料在电场中发生极化时,会因电荷中心的位移导致材料变形。压电材料分为无机压电材料和有机压电材料。无机压电材料分为压电晶体和压电陶瓷,压电晶体一般是指压电单晶体,是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。这种晶体结构无对称中心,因此具有压电性;压电陶瓷则泛指压电多晶体。多用来作标准频率控制的振子、高选择性(多属高频狭带通)的滤波器以及高频、高温超声换能器等。有机压电材料又称压电聚合物,如聚偏氟乙烯(PVDF)(薄膜)及以它为代表的其他有机压电(薄膜)材料。在水声超声测量,压力传感,引燃引爆等方面获得应用。由于目前传统压电晶体材料脆性大,导致制成的压电材料柔韧性差、机械强度低。因此将其与聚合物混合进行改性,提高压电晶体柔韧性和机械强度,但压电晶体易团聚,与聚合物基体相容性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题:针对传统压电晶体材料脆性大,导致制成的压电材料柔韧性差、机械强度低,且压电晶体易团聚,与聚合物基体相容性差的弊端,提供了一种先榨取富含氨基酸的猕猴桃汁,用果汁浸泡纳米钛酸钡,使其表面活性基团数量增加,为天然树脂附着提供活性位点,再将浸泡后的钛酸钡和天然树脂桃胶以及***胶共混,在微生物的作用下使钛酸钡表面接枝天然树脂颗粒,以增加钛酸钡颗粒和环氧树脂间的结合性,得到改性纳米钛酸钡,再将改性纳米钛酸钡和环氧树脂研磨共混后注膜,固化,制得压电材料,本发明制得的压电材料柔韧性强,机械强度高,且压电晶体在聚合物基体中分散均匀,相容性极佳,具有广阔的应用前景。
为解决上述技术问题,本发明采用如下所述的技术方案是:
(1)称取1~2kg猕猴桃,去皮后放入榨汁机进行榨汁5~10min,过滤去除滤渣,得到滤液,再将滤液放入卧式离心机,以3000~4000r/min转速离心处理10~15min,分离去除下层沉淀,得到上清液;
(2)按质量比为1:8,将纳米钛酸钡浸入上述上清液中,并移入超声分散仪,以100~200W功率超声分散1~2h后,放入恒温箱中,在50~60℃下静置2~3天,静置结束后,过滤得到滤渣,用去离子水冲洗3~5遍后,自然风干;
(3)将上述风干后的滤渣和其等质量的桃胶以及其等质量的***胶混合后,放入陶瓷罐中,再向陶瓷罐中加入滤渣总质量5~8倍的去离子水,加热升温至50~60℃,搅拌混合20~30min,得到发酵底物,按接种量为12%,向发酵底物中接入白色瘤胃球菌,密封罐口后,在30~40℃下保温发酵10~14天;
(4)待发酵结束后,取出发酵物过滤,分离得到滤渣,将其放入布氏漏斗中,并依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤5~10min,再将洗涤后的滤渣放入烘箱,在105~110℃下干燥1~2h,得到改性纳米钛酸钡;
(5)将上述改性纳米钛酸钡分散于其质量3~5倍的无水乙醇中,得到分散液,再向分散液中加入改性纳米钛酸钡等质量的双酚A型环氧树脂,在50~55℃下搅拌混合30~40min后,将得到的混合物转入胶体磨中,以1000~1200r/min转速研磨分散1~2h,得到混合料,再将混合料在60~70℃下脱除无水乙醇,得注膜液;
(6)将上述注膜液和乙二胺按比例(环氧树脂环氧值:乙二胺摩尔量=1:0.58)混合均匀后,真空脱泡并浇筑于不锈钢模具中,继续室温脱泡8~10h后,放入烘箱,先在60~70℃下固化20~30min,再升温至120~130℃继续固化2~3h后,拆模,即得压电材料。
本发明制得的压电材料冲击强度为68~71MVm-1,拉伸强度为105.6~130.8MPa,居里温度为360~372℃,介电损耗为0.3~0.5%,机械品质因数为585~865,纵向压电应变常数为258~273PC·N-1,横向压电应变常数为-154~-32PC·N-1。
本发明与其他方法相比,有益技术效果是:
(1)本发明制备步骤简单,制得的压电材料柔韧性强,机械强度高;
(2)压电晶体在聚合物基体中分散均匀,相容性极佳。
具体实施方式
首先称取1~2kg猕猴桃,去皮后放入榨汁机进行榨汁5~10min,过滤去除滤渣,得到滤液,再将滤液放入卧式离心机,以3000~4000r/min转速离心处理10~15min,分离去除下层沉淀,得到上清液;然后按质量比为1:8,将纳米钛酸钡浸入上述上清液中,并移入超声分散仪,以100~200W功率超声分散1~2h后,放入恒温箱中,在50~60℃下静置2~3天,静置结束后,过滤得到滤渣,用去离子水冲洗3~5遍后,自然风干;再将上述风干后的滤渣和其等质量的桃胶以及其等质量的***胶混合后,放入陶瓷罐中,再向陶瓷罐中加入滤渣总质量5~8倍的去离子水,加热升温至50~60℃,搅拌混合20~30min,得到发酵底物,按接种量为12%,向发酵底物中接入白色瘤胃球菌,密封罐口后,在30~40℃下保温发酵10~14天;待发酵结束后,取出发酵物过滤,分离得到滤渣,将其放入布氏漏斗中,并依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤5~10min,再将洗涤后的滤渣放入烘箱,在105~110℃下干燥1~2h,得到改性纳米钛酸钡;将上述改性纳米钛酸钡分散于其质量3~5倍的无水乙醇中,得到分散液,再向分散液中加入改性纳米钛酸钡等质量的双酚A型环氧树脂,在50~55℃下搅拌混合30~40min后,将得到的混合物转入胶体磨中,以1000~1200r/min转速研磨分散1~2h,得到混合料,再将混合料在60~70℃下脱除无水乙醇,得注膜液;最后将上述注膜液和乙二胺按比例(环氧树脂环氧值:乙二胺摩尔量=1:0.58)混合均匀后,真空脱泡并浇筑于不锈钢模具中,继续室温脱泡8~10h后,放入烘箱,先在60~70℃下固化20~30min,再升温至120~130℃继续固化2~3h后,拆模,即得压电材料。
实例1
首先称取1kg猕猴桃,去皮后放入榨汁机进行榨汁5min,过滤去除滤渣,得到滤液,再将滤液放入卧式离心机,以3000r/min转速离心处理10min,分离去除下层沉淀,得到上清液;然后按质量比为1:8,将纳米钛酸钡浸入上述上清液中,并移入超声分散仪,以100W功率超声分散1h后,放入恒温箱中,在50℃下静置2天,静置结束后,过滤得到滤渣,用去离子水冲洗3遍后,自然风干;再将上述风干后的滤渣和其等质量的桃胶以及其等质量的***胶混合后,放入陶瓷罐中,再向陶瓷罐中加入滤渣总质量5倍的去离子水,加热升温至50℃,搅拌混合20min,得到发酵底物,按接种量为12%,向发酵底物中接入白色瘤胃球菌,密封罐口后,在30℃下保温发酵10天;待发酵结束后,取出发酵物过滤,分离得到滤渣,将其放入布氏漏斗中,并依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤5min,再将洗涤后的滤渣放入烘箱,在105℃下干燥1h,得到改性纳米钛酸钡;将上述改性纳米钛酸钡分散于其质量3倍的无水乙醇中,得到分散液,再向分散液中加入改性纳米钛酸钡等质量的双酚A型环氧树脂,在50℃下搅拌混合30min后,将得到的混合物转入胶体磨中,以1000r/min转速研磨分散1h,得到混合料,再将混合料在60℃下脱除无水乙醇,得注膜液;最后将上述注膜液和乙二胺按比例(环氧树脂环氧值:乙二胺摩尔量=1:0.58)混合均匀后,真空脱泡并浇筑于不锈钢模具中,继续室温脱泡8h后,放入烘箱,先在60℃下固化20min,再升温至120℃继续固化2h后,拆模,即得压电材料。本发明制备步骤简单,制得的压电材料柔韧性强,机械强度高;压电晶体在聚合物基体中分散均匀,相容性极佳;制得的压电材料冲击强度为68MVm-1,拉伸强度为105.6MPa,居里温度为360℃,介电损耗为0.3%,机械品质因数为585,纵向压电应变常数为258PC·N-1,横向压电应变常数为-154PC·N-1。
实例2
首先称取2kg猕猴桃,去皮后放入榨汁机进行榨汁8min,过滤去除滤渣,得到滤液,再将滤液放入卧式离心机,以3500r/min转速离心处理13min,分离去除下层沉淀,得到上清液;然后按质量比为1:8,将纳米钛酸钡浸入上述上清液中,并移入超声分散仪,以150W功率超声分散2h后,放入恒温箱中,在55℃下静置3天,静置结束后,过滤得到滤渣,用去离子水冲洗4遍后,自然风干;再将上述风干后的滤渣和其等质量的桃胶以及其等质量的***胶混合后,放入陶瓷罐中,再向陶瓷罐中加入滤渣总质量7倍的去离子水,加热升温至55℃,搅拌混合25min,得到发酵底物,按接种量为12%,向发酵底物中接入白色瘤胃球菌,密封罐口后,在35℃下保温发酵12天;待发酵结束后,取出发酵物过滤,分离得到滤渣,将其放入布氏漏斗中,并依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤8min,再将洗涤后的滤渣放入烘箱,在108℃下干燥2h,得到改性纳米钛酸钡;将上述改性纳米钛酸钡分散于其质量4倍的无水乙醇中,得到分散液,再向分散液中加入改性纳米钛酸钡等质量的双酚A型环氧树脂,在53℃下搅拌混合35min后,将得到的混合物转入胶体磨中,以1100r/min转速研磨分散2h,得到混合料,再将混合料在65℃下脱除无水乙醇,得注膜液;最后将上述注膜液和乙二胺按比例(环氧树脂环氧值:乙二胺摩尔量=1:0.58)混合均匀后,真空脱泡并浇筑于不锈钢模具中,继续室温脱泡9h后,放入烘箱,先在65℃下固化25min,再升温至125℃继续固化3h后,拆模,即得压电材料。本发明制备步骤简单,制得的压电材料柔韧性强,机械强度高;压电晶体在聚合物基体中分散均匀,相容性极佳;制得的压电材料冲击强度为69MVm-1,拉伸强度为118.2MPa,居里温度为366℃,介电损耗为0.4%,机械品质因数为725,纵向压电应变常数为265PC·N-1,横向压电应变常数为-93PC·N-1。
实例3
首先称取2kg猕猴桃,去皮后放入榨汁机进行榨汁10min,过滤去除滤渣,得到滤液,再将滤液放入卧式离心机,以4000r/min转速离心处理15min,分离去除下层沉淀,得到上清液;然后按质量比为1:8,将纳米钛酸钡浸入上述上清液中,并移入超声分散仪,以200W功率超声分散2h后,放入恒温箱中,在60℃下静置3天,静置结束后,过滤得到滤渣,用去离子水冲洗5遍后,自然风干;再将上述风干后的滤渣和其等质量的桃胶以及其等质量的***胶混合后,放入陶瓷罐中,再向陶瓷罐中加入滤渣总质量8倍的去离子水,加热升温至60℃,搅拌混合30min,得到发酵底物,按接种量为12%,向发酵底物中接入白色瘤胃球菌,密封罐口后,在40℃下保温发酵14天;待发酵结束后,取出发酵物过滤,分离得到滤渣,将其放入布氏漏斗中,并依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤10min,再将洗涤后的滤渣放入烘箱,在110℃下干燥2h,得到改性纳米钛酸钡;将上述改性纳米钛酸钡分散于其质量5倍的无水乙醇中,得到分散液,再向分散液中加入改性纳米钛酸钡等质量的双酚A型环氧树脂,在55℃下搅拌混合40min后,将得到的混合物转入胶体磨中,以1200r/min转速研磨分散2h,得到混合料,再将混合料在70℃下脱除无水乙醇,得注膜液;最后将上述注膜液和乙二胺按比例(环氧树脂环氧值:乙二胺摩尔量=1:0.58)混合均匀后,真空脱泡并浇筑于不锈钢模具中,继续室温脱泡10h后,放入烘箱,先在70℃下固化30min,再升温至130℃继续固化3h后,拆模,即得压电材料。本发明制备步骤简单,制得的压电材料柔韧性强,机械强度高;压电晶体在聚合物基体中分散均匀,相容性极佳;制得的压电材料冲击强度为71MVm-1,拉伸强度为130.8MPa,居里温度为372℃,介电损耗为0.5%,机械品质因数为865,纵向压电应变常数为273PC·N-1,横向压电应变常数为-32PC·N-1。