CN108003520A - 一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法 - Google Patents

一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法，它涉及一种聚偏氟乙烯复合材料的制备方法。本发明的目的是要解决现有聚偏氟乙烯的介电常数低的问题。方法：一、制备二维层状TiC纳米片；二、复合，得到碳化钛纳米片质量分数为5％～20％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料。本发明制备的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料可应用于微电子加工、集成电路、高效率储能元件领域；本发明制备的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的介电常数为9.8～19.1。本发明可获得一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料。

Description

一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备 方法
技术领域
本发明涉及一种聚偏氟乙烯复合材料的制备方法。
背景技术
如今，电子产品的效率正呈指数式上升的趋势。伴随这种效率的快速提升，产生了具有高介电常数的新型材料。与低介电常数材料相比，高介电常数材料可以存储更多的电能。因此，将它应用在电子设备中能够提高效率。电子***通常由主动原件，比如集成电路，和无源原件组成。人们对无源原件的兴趣日渐增加，因为它们的使用量随着电子行业向更高功能的发展而稳步增长。要减少高性能电子设备的体积，我们需要集成无源元件，如电阻、电容和电感，它们的使用数量超过有源集成电路原件并且占用基板的大部分面积。事实上，陶瓷和金属具有较高的硬度和良好的热稳定性以及高介电性能。然而，它们的高密度、脆性以及具有挑战性的加工条件阻碍了它们作为高介电材料的使用。另一方面，聚合物具有是易加工、机械性灵活和低成本的优点。聚合物基复合材料的机械灵活性和可调性能让它们变得很有吸引力。然而相比无机材料，有机高分子材料通常有着低介电常数，范围在2～5。在特殊情况下，尽管它们有极好的物理属性，纯的聚合物的介电常数能够超过10，但仍然很低，因此这些阻碍它们作为高介电材料使用。所以一个关键问题就是要大幅度提高聚合物介电常数，同时也要保留其优良的机械性能。
发明内容
本发明的目的是要解决现有聚偏氟乙烯的介电常数低的问题，而提供一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法。
一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、制备二维层状TiC纳米片：
①、将Ti3AlC2加入到混合酸溶液中，再在搅拌速度为100r/min～300r/min下搅拌反应0.5h～2h，再加入氟化钠粉末，再在温度为35℃～50℃下反应10h～14h，得到反应液；
步骤一①中所述的混合酸溶液为质量分数为98％的浓硫酸和质量分数为85％的浓磷酸的混合液，混合酸溶液中质量分数为98％的浓硫酸与质量分数为85％的浓磷酸的体积比为9:1；
步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与混合酸溶液的体积比为(2g～4g):30mL；
步骤一①中所述的氟化钠粉末的质量与混合酸溶液的体积比为(0.5g～2g):30mL；
②、将反应液冷却至室温，再在离心速度为6000r/min～8000r/min下离心10min～20min，再去除上清液，得到固体物质；首先使用蒸馏水对固体物质清洗2次～4次，再使用无水乙醇清洗至清洗液的pH值为中性，得到清洗后的固体物质；
③、向清洗后的固体物质中加入N,N-二甲基甲酰胺，再在氩气保护下和超声功率为100W～500W下超声3h～5h，再在离心速度为3000r/min～4000r/min下离心10min～20min，再取上清液，再在离心速度为10000r/min下离心10min，再取沉淀物质；
步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与步骤一③中所述的N,N-二甲基甲酰胺的体积比为(2g～4g):100mL；
④、向步骤一③中得到的沉淀物质中加入N,N-二甲基甲酰胺，得到浓度为5mg/mL～10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液；
二、
①、将聚偏氟乙烯置于温度为70℃～90℃的烘箱中干燥处理6h～9h，得到干燥的聚偏氟乙烯；
②、将干燥的聚偏氟乙烯加入到浓度为5mg/mL～10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液中，再在温度为45℃～55℃和搅拌速度为100r/min下搅拌反应7h～9h，得到粘稠状混合溶液B；
步骤二②中所述的干燥的聚偏氟乙烯的质量与浓度为5mg/mL～10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液的体积比为(0.4g～0.95g):10mL；
③、将粘稠状混合溶液B在超声功率为100W～500W下超声3h～5h，得到均匀分散的聚偏氟乙烯-二维层状TiC纳米片复合胶体；
④、将均匀分散的聚偏氟乙烯-二维层状TiC纳米片复合胶体滴至洁净的玻璃基板上，使其自然流延成膜，再在温度为70℃～80℃热处理8h～12h，再置于蒸馏水中使膜自然脱落，再将膜悬挂晾干；
⑤、将晾干的膜在温度为90℃～100℃下真空热处理8h～12h，得到碳化钛纳米片质量分数为5％～20％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料；
步骤二⑤中所述的碳化钛纳米片质量分数为5％～20％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的厚度为100μm～150μm。
本发明的原理及优点：
一、本发明采用溶液流延法制备高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料，高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料同时具备高介电常数、低介电损耗、机械性能灵活、物化性质稳定的优异性能；
二、本发明制备的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料可应用于微电子加工、集成电路、高效率储能元件领域；
三、本发明制备的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的介电常数为9.8～19.1。
本发明可获得一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料。
附图说明
图1为实施例一制备的碳化钛纳米片质量分数为5％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的SEM图；
图2为实施例三制备的碳化钛纳米片质量分数为15％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的SEM图；
图3为介电常数曲线，图3中A为对比实施例制备的纯聚偏氟乙烯的介电常数，B为实施例一制备的碳化钛纳米片质量分数为5％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的介电常数，C为实施例二制备的碳化钛纳米片质量分数为10％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的介电常数，D为实施例三制备的碳化钛纳米片质量分数为15％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的介电常数，E为实施例四制备的碳化钛纳米片质量分数为20％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的介电常数。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法具体是按以下步骤完成的：
一、制备二维层状TiC纳米片：
①、将Ti3AlC2加入到混合酸溶液中，再在搅拌速度为100r/min～300r/min下搅拌反应0.5h～2h，再加入氟化钠粉末，再在温度为35℃～50℃下反应10h～14h，得到反应液；
步骤一①中所述的混合酸溶液为质量分数为98％的浓硫酸和质量分数为85％的浓磷酸的混合液，混合酸溶液中质量分数为98％的浓硫酸与质量分数为85％的浓磷酸的体积比为9:1；
步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与混合酸溶液的体积比为(2g～4g):30mL；
步骤一①中所述的氟化钠粉末的质量与混合酸溶液的体积比为(0.5g～2g):30mL；
②、将反应液冷却至室温，再在离心速度为6000r/min～8000r/min下离心10min～20min，再去除上清液，得到固体物质；首先使用蒸馏水对固体物质清洗2次～4次，再使用无水乙醇清洗至清洗液的pH值为中性，得到清洗后的固体物质；
③、向清洗后的固体物质中加入N,N-二甲基甲酰胺，再在氩气保护下和超声功率为100W～500W下超声3h～5h，再在离心速度为3000r/min～4000r/min下离心10min～20min，再取上清液，再在离心速度为10000r/min下离心10min，再取沉淀物质；
步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与步骤一③中所述的N,N-二甲基甲酰胺的体积比为(2g～4g):100mL；
④、向步骤一③中得到的沉淀物质中加入N,N-二甲基甲酰胺，得到浓度为5mg/mL～10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液；
二、
①、将聚偏氟乙烯置于温度为70℃～90℃的烘箱中干燥处理6h～9h，得到干燥的聚偏氟乙烯；
②、将干燥的聚偏氟乙烯加入到浓度为5mg/mL～10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液中，再在温度为45℃～55℃和搅拌速度为100r/min下搅拌反应7h～9h，得到粘稠状混合溶液B；
步骤二②中所述的干燥的聚偏氟乙烯的质量与浓度为5mg/mL～10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液的体积比为(0.4g～0.95g):10mL；
③、将粘稠状混合溶液B在超声功率为100W～500W下超声3h～5h，得到均匀分散的聚偏氟乙烯-二维层状TiC纳米片复合胶体；
④、将均匀分散的聚偏氟乙烯-二维层状TiC纳米片复合胶体滴至洁净的玻璃基板上，使其自然流延成膜，再在温度为70℃～80℃热处理8h～12h，再置于蒸馏水中使膜自然脱落，再将膜悬挂晾干；
⑤、将晾干的膜在温度为90℃～100℃下真空热处理8h～12h，得到碳化钛纳米片质量分数为5％～20％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料；
步骤二⑤中所述的碳化钛纳米片质量分数为5％～20％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的厚度为100μm～150μm。
本实施方式步骤一③中在离心速度为3000r/min～4000r/min下离心10min～20min，是为了去除被剥离出来的碳化钛大颗粒，离心后得到的上清液为薄层的碳化钛纳米片溶液；在离心速度为10000r/min下离心10min，薄层的碳化钛纳米片即二维层状TiC纳米片便沉淀出来，上清液为N,N-二甲基甲酰胺；
本实施方式步骤一③中得到的沉淀物质为二维层状TiC纳米片，向二维层状TiC纳米片中加入N,N-二甲基甲酰胺，便可配制出浓度为5mg/mL～10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液。
本实施方式的原理及优点：
一、本实施方式采用溶液流延法制备高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料，高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料同时具备高介电常数、低介电损耗、机械性能灵活、物化性质稳定的优异性能；
二、本实施方式制备的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料可应用于微电子加工、集成电路、高效率储能元件领域；
三、本实施方式制备的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的介电常数为9.8～19.1。
本实施方式可获得一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一①中将Ti3AlC2加入到混合酸溶液中，再在搅拌速度为100r/min～200r/min下搅拌反应0.5h～1h，再加入氟化钠粉末，再在温度为45℃～50℃下反应10h～12h，得到反应液。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与混合酸溶液的体积比为(2g～3g):30mL。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一①中所述的氟化钠粉末的质量与混合酸溶液的体积比为(0.5g～1g):30mL。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与步骤一③中所述的N,N-二甲基甲酰胺的体积比为(2g～3g):100mL。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤一④中向步骤一③中得到的沉淀物质中加入N,N-二甲基甲酰胺，得到浓度为5mg/mL～7.5mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤二①中将聚偏氟乙烯置于温度为80℃～90℃的烘箱中干燥处理6h～8h，得到干燥的聚偏氟乙烯。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤二②中所述的干燥的聚偏氟乙烯的质量与浓度为5mg/mL～10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液的体积比为(0.4g～0.75g):10mL。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤二④中将均匀分散的聚偏氟乙烯-二维层状TiC纳米片复合胶体滴至洁净的玻璃基板上，使其自然流延成膜，再在温度为70℃～75℃热处理8h～10h，再置于蒸馏水中使膜自然脱落，再将膜悬挂晾干。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤二⑤中将晾干的膜在温度为95℃～100℃下真空热处理8h～10h，得到碳化钛纳米片质量分数为10％～20％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料。其它步骤与具体实施方式一至九相同。
实施例一：碳化钛纳米片质量分数为5％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、制备二维层状TiC纳米片：
①、将Ti3AlC2加入到混合酸溶液中，再在搅拌速度为200r/min下搅拌反应1h，再加入氟化钠粉末，再在温度为45℃下反应12h，得到反应液；
步骤一①中所述的混合酸溶液为质量分数为98％的浓硫酸和质量分数为85％的浓磷酸的混合液，混合酸溶液中质量分数为98％的浓硫酸与质量分数为85％的浓磷酸的体积比为9:1；
步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与混合酸溶液的体积比为3g:30mL；
步骤一①中所述的氟化钠粉末的质量与混合酸溶液的体积比为1g:30mL；
②、将反应液冷却至室温，再在离心速度为7000r/min下离心15min，再去除上清液，得到固体物质；首先使用蒸馏水对固体物质清洗3次，再使用无水乙醇清洗至清洗液的pH值为中性，得到清洗后的固体物质；
③、向清洗后的固体物质中加入N,N-二甲基甲酰胺，再在氩气保护下和超声功率为300W下超声4h，再在离心速度为4000r/min下离心15min，再取上清液，再在离心速度为10000r/min下离心10min，再取沉淀物质；
步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与步骤一③中所述的N,N-二甲基甲酰胺的体积比为3g:100mL；
④、向步骤一③中得到的沉淀物质中加入N,N-二甲基甲酰胺，得到浓度为5mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液；
二、
①、将聚偏氟乙烯置于温度为80℃的烘箱中干燥处理8h，得到干燥的聚偏氟乙烯；
②、将干燥的聚偏氟乙烯加入到浓度为5mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液中，再在温度为50℃和搅拌速度为100r/min下搅拌反应8h，得到粘稠状混合溶液B；
步骤二②中所述的干燥的聚偏氟乙烯的质量与浓度为5mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液的体积比为0.95g:10mL；
③、将粘稠状混合溶液B在超声功率为300W下超声4h，得到均匀分散的聚偏氟乙烯-二维层状TiC纳米片复合胶体；
④、将均匀分散的聚偏氟乙烯-二维层状TiC纳米片复合胶体滴至洁净的玻璃基板上，使其自然流延成膜，再在温度为75℃热处理10h，再置于蒸馏水中使膜自然脱落，再将膜悬挂晾干；
⑤、将晾干的膜在温度为100℃下真空热处理10h，得到碳化钛纳米片质量分数为5％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料。
步骤二⑤中所述的碳化钛纳米片质量分数为5％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的厚度为100μm。
实施例二：碳化钛纳米片质量分数为10％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、制备二维层状TiC纳米片：
①、将Ti3AlC2加入到混合酸溶液中，再在搅拌速度为200r/min下搅拌反应1h，再加入氟化钠粉末，再在温度为45℃下反应12h，得到反应液；
步骤一①中所述的混合酸溶液为质量分数为98％的浓硫酸和质量分数为85％的浓磷酸的混合液，混合酸溶液中质量分数为98％的浓硫酸与质量分数为85％的浓磷酸的体积比为9:1；
步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与混合酸溶液的体积比为3g:30mL；
步骤一①中所述的氟化钠粉末的质量与混合酸溶液的体积比为1g:30mL；
②、将反应液冷却至室温，再在离心速度为7000r/min下离心15min，再去除上清液，得到固体物质；首先使用蒸馏水对固体物质清洗3次，再使用无水乙醇清洗至清洗液的pH值为中性，得到清洗后的固体物质；
③、向清洗后的固体物质中加入N,N-二甲基甲酰胺，再在氩气保护下和超声功率为300W下超声4h，再在离心速度为4000r/min下离心15min，再取上清液，再在离心速度为10000r/min下离心10min，再取沉淀物质；
步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与步骤一③中所述的N,N-二甲基甲酰胺的体积比为3g:100mL；
④、向步骤一③中得到的沉淀物质中加入N,N-二甲基甲酰胺，得到浓度为10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液；
二、
①、将聚偏氟乙烯置于温度为80℃的烘箱中干燥处理8h，得到干燥的聚偏氟乙烯；
②、将干燥的聚偏氟乙烯加入到浓度为10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液中，再在温度为50℃和搅拌速度为100r/min下搅拌反应8h，得到粘稠状混合溶液B；
步骤二②中所述的干燥的聚偏氟乙烯的质量与浓度为10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液的体积比为0.9g:10mL；
③、将粘稠状混合溶液B在超声功率为300W下超声4h，得到均匀分散的聚偏氟乙烯-二维层状TiC纳米片复合胶体；
④、将均匀分散的聚偏氟乙烯-二维层状TiC纳米片复合胶体滴至洁净的玻璃基板上，使其自然流延成膜，再在温度为75℃热处理10h，再置于蒸馏水中使膜自然脱落，再将膜悬挂晾干；
⑤、将晾干的膜在温度为100℃下真空热处理10h，得到碳化钛纳米片质量分数为10％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料。
步骤二⑤中所述的碳化钛纳米片质量分数为10％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的厚度为100μm。
实施例三：碳化钛纳米片质量分数为15％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、制备二维层状TiC纳米片：
①、将Ti3AlC2加入到混合酸溶液中，再在搅拌速度为200r/min下搅拌反应1h，再加入氟化钠粉末，再在温度为45℃下反应12h，得到反应液；
步骤一①中所述的混合酸溶液为质量分数为98％的浓硫酸和质量分数为85％的浓磷酸的混合液，混合酸溶液中质量分数为98％的浓硫酸与质量分数为85％的浓磷酸的体积比为9:1；
步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与混合酸溶液的体积比为3g:30mL；
步骤一①中所述的氟化钠粉末的质量与混合酸溶液的体积比为1g:30mL；
②、将反应液冷却至室温，再在离心速度为7000r/min下离心15min，再去除上清液，得到固体物质；首先使用蒸馏水对固体物质清洗3次，再使用无水乙醇清洗至清洗液的pH值为中性，得到清洗后的固体物质；
③、向清洗后的固体物质中加入N,N-二甲基甲酰胺，再在氩气保护下和超声功率为300W下超声4h，再在离心速度为4000r/min下离心15min，再取上清液，再在离心速度为10000r/min下离心10min，再取沉淀物质；
步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与步骤一③中所述的N,N-二甲基甲酰胺的体积比为4g:100mL；
④、向步骤一③中得到的沉淀物质中加入N,N-二甲基甲酰胺，得到浓度为7.5mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液；
二、
①、将聚偏氟乙烯置于温度为80℃的烘箱中干燥处理8h，得到干燥的聚偏氟乙烯；
②、将干燥的聚偏氟乙烯加入到浓度为7.5mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液中，再在温度为50℃和搅拌速度为100r/min下搅拌反应8h，得到粘稠状混合溶液B；
步骤二②中所述的干燥的聚偏氟乙烯的质量与浓度为7.5mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液的体积比为0.425g:10mL；
③、将粘稠状混合溶液B在超声功率为300W下超声4h，得到均匀分散的聚偏氟乙烯-二维层状TiC纳米片复合胶体；
④、将均匀分散的聚偏氟乙烯-二维层状TiC纳米片复合胶体滴至洁净的玻璃基板上，使其自然流延成膜，再在温度为75℃热处理10h，再置于蒸馏水中使膜自然脱落，再将膜悬挂晾干；
⑤、将晾干的膜在温度为100℃下真空热处理10h，得到碳化钛纳米片质量分数为15％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料。
步骤二⑤中所述的碳化钛纳米片质量分数为15％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的厚度为100μm。
实施例四：碳化钛纳米片质量分数为20％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、制备二维层状TiC纳米片：
①、将Ti3AlC2加入到混合酸溶液中，再在搅拌速度为200r/min下搅拌反应1h，再加入氟化钠粉末，再在温度为45℃下反应12h，得到反应液；
步骤一①中所述的混合酸溶液为质量分数为98％的浓硫酸和质量分数为85％的浓磷酸的混合液，混合酸溶液中质量分数为98％的浓硫酸与质量分数为85％的浓磷酸的体积比为9:1；
步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与混合酸溶液的体积比为3g:30mL；
步骤一①中所述的氟化钠粉末的质量与混合酸溶液的体积比为1g:30mL；
②、将反应液冷却至室温，再在离心速度为7000r/min下离心15min，再去除上清液，得到固体物质；首先使用蒸馏水对固体物质清洗3次，再使用无水乙醇清洗至清洗液的pH值为中性，得到清洗后的固体物质；
③、向清洗后的固体物质中加入N,N-二甲基甲酰胺，再在氩气保护下和超声功率为300W下超声3h～5h，再在离心速度为4000r/min下离心15min，再取上清液，再在离心速度为10000r/min下离心10min，再取沉淀物质；
步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与步骤一③中所述的N,N-二甲基甲酰胺的体积比为3g:100mL；
④、向步骤一③中得到的沉淀物质中加入N,N-二甲基甲酰胺，得到浓度为10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液；
二、
①、将聚偏氟乙烯置于温度为80℃的烘箱中干燥处理8h，得到干燥的聚偏氟乙烯；
②、将干燥的聚偏氟乙烯加入到浓度为10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液中，再在温度为50℃和搅拌速度为100r/min下搅拌反应8h，得到粘稠状混合溶液B；
步骤二②中所述的干燥的聚偏氟乙烯的质量与浓度为10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液的体积比为0.4g:10mL；
③、将粘稠状混合溶液B在超声功率为300W下超声4h，得到均匀分散的聚偏氟乙烯-二维层状TiC纳米片复合胶体；
④、将均匀分散的聚偏氟乙烯-二维层状TiC纳米片复合胶体滴至洁净的玻璃基板上，使其自然流延成膜，再在温度为75℃热处理10h，再置于蒸馏水中使膜自然脱落，再将膜悬挂晾干；
⑤、将晾干的膜在温度为100℃下真空热处理10h，得到碳化钛纳米片质量分数为20％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料。
步骤二⑤中所述的碳化钛纳米片质量分数为20％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的厚度为100μm。
对比实施例：聚偏氟乙烯是按以下步骤制备的：
①、将聚偏氟乙烯置于温度为80℃的烘箱中干燥处理8h，得到干燥的聚偏氟乙烯；
②、将干燥的聚偏氟乙烯加入到N,N-二甲基甲酰胺中，再在温度为50℃和搅拌速度为100r/min下搅拌反应8h，得到聚偏氟乙烯溶液；
步骤②中所述的干燥的聚偏氟乙烯的质量与N,N-二甲基甲酰胺的体积比为0.95g:10mL；
④、将聚偏氟乙烯溶液在超声功率为300W下超声4h，得到均匀分散的聚偏氟乙烯胶体；
⑤、将均匀分散的聚偏氟乙烯胶体滴至洁净的玻璃基板上，使其自然流延成膜，再在温度为75℃热处理10h，再置于蒸馏水中使膜自然脱落，再将膜悬挂晾干；
⑥、将晾干的膜在温度为100℃下真空热处理10h，得到聚偏氟乙烯；
步骤二⑥中所述的聚偏氟乙烯的厚度为100μm。
图1为实施例一制备的碳化钛纳米片质量分数为5％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的SEM图；
从图1可知，高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料中碳化钛纳米片的质量分数为5％时，碳化钛纳米片被聚合物分子链包覆，碳化钛纳米片在聚酰亚胺中分散相对均匀，无明显团聚现象。
图2为实施例三制备的碳化钛纳米片质量分数为15％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的SEM图；
从图2可知，高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料中碳化钛纳米片的质量分数为15％时，碳化钛纳米片被聚合物分子链包覆，碳化钛纳米片在高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料中已经开始局部团聚团聚。
图3为介电常数曲线，图3中A为对比实施例制备的纯聚偏氟乙烯的介电常数，B为实施例一制备的碳化钛纳米片质量分数为5％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的介电常数，C为实施例二制备的碳化钛纳米片质量分数为10％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的介电常数，D为实施例三制备的碳化钛纳米片质量分数为15％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的介电常数，E为实施例四制备的碳化钛纳米片质量分数为20％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的介电常数。
从图3可知，随着高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料中碳化钛纳米片含量的增加，高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的介电常数显著增加，当高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料中碳化钛纳米片的质量分数为20％时，其介电常数达到了19.1，约为纯的聚偏氟乙烯介电常数的2.5倍，介电性能显著提高。

Claims (10)

1.一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法，其特征在于一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法具体是按以下步骤完成的：
一、制备二维层状TiC纳米片：
①、将Ti3AlC2加入到混合酸溶液中，再在搅拌速度为100r/min～300r/min下搅拌反应0.5h～2h，再加入氟化钠粉末，再在温度为35℃～50℃下反应10h～14h，得到反应液；
步骤一①中所述的混合酸溶液为质量分数为98％的浓硫酸和质量分数为85％的浓磷酸的混合液，混合酸溶液中质量分数为98％的浓硫酸与质量分数为85％的浓磷酸的体积比为9:1；
步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与混合酸溶液的体积比为(2g～4g):30mL；
步骤一①中所述的氟化钠粉末的质量与混合酸溶液的体积比为(0.5g～2g):30mL；
②、将反应液冷却至室温，再在离心速度为6000r/min～8000r/min下离心10min～20min，再去除上清液，得到固体物质；首先使用蒸馏水对固体物质清洗2次～4次，再使用无水乙醇清洗至清洗液的pH值为中性，得到清洗后的固体物质；
③、向清洗后的固体物质中加入N,N-二甲基甲酰胺，再在氩气保护下和超声功率为100W～500W下超声3h～5h，再在离心速度为3000r/min～4000r/min下离心10min～20min，再取上清液，再在离心速度为10000r/min下离心10min，再取沉淀物质；
步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与步骤一③中所述的N,N-二甲基甲酰胺的体积比为(2g～4g):100mL；
④、向步骤一③中得到的沉淀物质中加入N,N-二甲基甲酰胺，得到浓度为5mg/mL～10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液；
二、
①、将聚偏氟乙烯置于温度为70℃～90℃的烘箱中干燥处理6h～9h，得到干燥的聚偏氟乙烯；
②、将干燥的聚偏氟乙烯加入到浓度为5mg/mL～10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液中，再在温度为45℃～55℃和搅拌速度为100r/min下搅拌反应7h～9h，得到粘稠状混合溶液B；
步骤二②中所述的干燥的聚偏氟乙烯的质量与浓度为5mg/mL～10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液的体积比为(0.4g～0.95g):10mL；
③、将粘稠状混合溶液B在超声功率为100W～500W下超声3h～5h，得到均匀分散的聚偏氟乙烯-二维层状TiC纳米片复合胶体；
④、将均匀分散的聚偏氟乙烯-二维层状TiC纳米片复合胶体滴至洁净的玻璃基板上，使其自然流延成膜，再在温度为70℃～80℃热处理8h～12h，再置于蒸馏水中使膜自然脱落，再将膜悬挂晾干；
⑤、将晾干的膜在温度为90℃～100℃下真空热处理8h～12h，得到碳化钛纳米片质量分数为5％～20％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料；
步骤二⑤中所述的碳化钛纳米片质量分数为5％～20％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的厚度为100μm～150μm。
2.根据权利要求1所述的一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法，其特征在于步骤一①中将Ti3AlC2加入到混合酸溶液中，再在搅拌速度为100r/min～200r/min下搅拌反应0.5h～1h，再加入氟化钠粉末，再在温度为45℃～50℃下反应10h～12h，得到反应液。
3.根据权利要求1所述的一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法，其特征在于步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与混合酸溶液的体积比为(2g～3g):30mL。
4.根据权利要求1所述的一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法，其特征在于步骤一①中所述的氟化钠粉末的质量与混合酸溶液的体积比为(0.5g～1g):30mL。
5.根据权利要求1所述的一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法，其特征在于步骤一①中所述的Ti3AlC2的质量与步骤一③中所述的N,N-二甲基甲酰胺的体积比为(2g～3g):100mL。
6.根据权利要求1所述的一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法，其特征在于步骤一④中向步骤一③中得到的沉淀物质中加入N,N-二甲基甲酰胺，得到浓度为5mg/mL～7.5mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液。
7.根据权利要求1所述的一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法，其特征在于步骤二①中将聚偏氟乙烯置于温度为80℃～90℃的烘箱中干燥处理6h～8h，得到干燥的聚偏氟乙烯。
8.根据权利要求1所述的一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法，其特征在于步骤二②中所述的干燥的聚偏氟乙烯的质量与浓度为5mg/mL～10mg/mL的二维层状TiC纳米片溶液的体积比为(0.4g～0.75g):10mL。
9.根据权利要求1所述的一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法，其特征在于步骤二④中将均匀分散的聚偏氟乙烯-二维层状TiC纳米片复合胶体滴至洁净的玻璃基板上，使其自然流延成膜，再在温度为70℃～75℃热处理8h～10h，再置于蒸馏水中使膜自然脱落，再将膜悬挂晾干。
10.根据权利要求1所述的一种高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料的制备方法，其特征在于步骤二⑤中将晾干的膜在温度为95℃～100℃下真空热处理8h～10h，得到碳化钛纳米片质量分数为10％～20％的高介电性能聚偏氟乙烯碳化钛纳米片复合材料。
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