[发明专利]一维核壳结构的钛酸钡@氮化硼复合材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种一维核壳结构的钛酸钡@氮化硼复合材料及制备方法，采用微波水热法进行材料制备，制备的产物具有良好的核壳结构一维形貌，壳层为氮化硼，芯层为钛酸钡，芯层直径为50‑150 nm，壳层厚度为20‑200nm，复合材料的长度2‑6μm，壳层厚度可控。本发明一维核壳结构的钛酸钡@氮化硼复合材料可以在较小填充量下形成导热网络，同时芯层高介电性能的钛酸钡可以为复合材料提供较高的介电常数，而壳层的氮化硼材料具有良好的热导率一方面可以提高复合材料的散热情况，同时氮化硼材料具有良好的耐击穿性能，可以使复合材料在较高的电场下工作。

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，尤其是涉及一种一维核壳结构的钛酸钡@氮化硼复合材料及制备方法。

背景技术

随着脉冲功率技术的发展，拥有高储能密度、高转换效率的储能电容器在脉冲功率系统中越来越备受关注，目前研究最多的高储能电容器材料包括高介电铁电陶瓷材料、玻璃陶瓷、聚合物材料等，BaTiO₃基铁电陶瓷具有较高的介电常数，但耐击穿场强低，而聚偏氟乙烯(PVDF)材料具有良好的柔韧性、击穿场强高、质量轻等优点，但介电常数较低（通常小于10），因此两者的储能能力都受到了限制。因而研究者提出了制备有机无机复合材料来改善材料的储能特性，一般采用将陶瓷相高介电常数填料添加到聚合物基体中，尽管复合材料的储能性能有一定的提高，但并且陶瓷相在聚合物中分布的不均匀，又造成了材料的不稳定性，同时复合材料内部产生大量的热量，难以扩散，导致复合材料难以长时间稳定运行，因而制备高导热、高储能密度复合材料收到人们的广泛关注。

填料的种类严重影响聚合物纳米复合材料的热导率，其中氮化硼材料不仅具有高导热性能、高强度、低吸湿率、高电击穿强度、良好的抗氧化性能，而且其介电常数和介电损耗也非常低，与聚合物基体较为接近，在现阶段是制备良好的绝缘性能、导热性能和力学性能材料的较理想填料。同时当导热填料的添充量达到一定量时，填料与填料之间或填料聚集区与另一聚集区之间会相互接触，在复合材料体系中形成局部的导热链或导热网络，而在低添加量下实现导热网络的形成。

发明内容

本发明提供了一种一维核壳结构的钛酸钡@氮化硼复合材料及制备方法，采用微波水热法进行材料制备，制备的产物具有良好的核壳结构一维形貌，壳层为氮化硼，芯层为钛酸钡，芯层直径为50-150 nm，壳层厚度为20-200nm，复合材料的尺寸2-6μm，壳层厚度可控，该方法具有简单易行、成本低、方便快速、可规模化生产等优点。

实现本发明的技术方案是：一种一维核壳结构的钛酸钡@氮化硼复合材料，钛酸钡@氮化硼复合材料采用微波水热法制备，制备的产物具有一维核壳结构形貌，壳层为氮化硼，芯层为钛酸钡，芯层直径为50-150 nm，壳层厚度为20-200nm，钛酸钡@氮化硼复合材料的尺寸2-6μm。

采用微波水热法法制备出一维钛酸钡材料，之后再利用水热法制备具有一维核壳结构的钛酸钡@氮化硼复合材料。

一维核壳结构的钛酸钡@氮化硼复合材料的制备方法，步骤如下：

（1）一维钛酸钡纳米材料：将氢氧化钡、氢氧化钠、氢氧化钾、柠檬酸钠、一维二氧化钛材料加入到到酒精与水的混合溶剂中，将混合液加入到聚四氟乙烯内衬中，之后进行微波水热反应，反应结束后取出样品，随即将所得的样品采用去离子水和酒精清洗2-3次，在70-100℃条件下干燥6-9h；

（2）将三聚氰胺和硼酸溶解到水中，将步骤（1）的一维钛酸钡纳米材料加入到三聚氰胺和硼酸的水溶液中，进行微波水热反应，反应结束后取出样品，随即将所得的样品采用去离子水和酒精清洗2-3次，在50-70℃条件下干燥5-8h，得到一维核壳结构的钛酸钡@氮化硼复合材料。

所述步骤（1）中氢氧化钡、氢氧化钠、氢氧化钾、柠檬酸钠和一维二氧化钛材料的质量比为1：（1-1.5）：（1-1.5）：（1-2）：（2-3）。