[发明专利]一种锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法

说明书

一种锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法，属于功能材料技术领域。本发明在前期研究的基础上，使用N,N二甲基甲酰胺为溶剂，通过将PZT气凝胶粉体与PVDF复合，使用溶剂浇铸法制备出PZT气凝胶涂层，在保留气凝胶原有低密度、低声阻抗等本征性能的前提下赋予其柔韧性，使得PZT气凝胶应用于水声换能器成为可能。与此同时，又通过在复合膜中添加SiO₂气凝胶粉体、PZT陶瓷粉体、改变复合涂层的层数对PZT气凝胶涂层的综合性能进行了调节。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，主要涉及一种锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法。

背景技术

要提高水声换能器的静水压优值最重要的是提高静水压压电系数(d_h)和降低介电常数对于许多致密压电陶瓷材料，压电常数d₃₃≈-2d₃₁导致低的d_h。同时，致密压电材料的介电常数均比较高，使其d_h(静水压压电系数)、g_h(静水压电压系数)和FOM(静水压优值因子)值均很低，从而限制了静水条件下换能器的性能。PZT(锆钛酸铅)气凝胶不但具有PZT陶瓷的一些优异性能，而且密度低、声阻抗小、能很好地与空气和水的声阻抗匹配，当其应用于水声换能器时，不需要额外的阻抗匹配层便可以实现与水媒介的声阻抗最佳匹配。

虽然PZT气凝胶在声阻匹配方面具有绝对优势，但是PZT气凝胶脆性大、难成型，不便或很难以一种合适的方式应用，而且相比于陶瓷块材、粉体和薄膜，PZT气凝胶本征性能很差，因此，PZT气凝胶的应用是很难的。为了克服包括PZT气凝胶在内的气凝胶的局限性，充分利用其优势，我们对PZT气凝胶复合涂层进行了大量研究，发现在配制PZT气凝胶复合浆料的过程中，使用1甲基吡咯烷酮作为溶剂能较好地制备得到PZT气凝胶与PVDF的复合涂层，克服了PZT气凝胶脆性大难以应用的局限性，但是该涂层的综合性能还需要进一步改善。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的现有锆钛酸铅(PZT)气凝胶复合涂层性能较差的问题，提出了一种PZT气凝胶复合涂层的制备方法。本发明通过对PZT气凝胶复合涂层的浆料配方、溶剂和涂层工艺的改善等，成功制备出高质量高性能的PZT气凝胶复合涂层，实现PZT气凝胶的实际应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、基片的活化：将基片在70～100℃的条件下加热5～10min，以实现基片的活化；

步骤2、锆钛酸铅气凝胶复合浆料的制备：

将经过退火的PZT气凝胶粉体和聚偏氟乙烯(PVDF)粉体置于研钵内，充分干磨形成均匀的混合粉体；然后向混合粉体中加入N,N-二甲基甲酰胺湿磨，得到均匀分散的PZT气凝胶复合浆料，复合浆料中每克固体对应0.6～1.5mL的N,N-二甲基甲酰胺；其中，在混合粉体的干磨和添加N,N-二甲基甲酰胺后的湿磨过程中，空气湿度应保持在40％以下；

步骤3、锆钛酸铅气凝胶复合涂层的制备：

将步骤2得到的均匀分散的PZT气凝胶复合浆料均匀涂覆于步骤1活化后的基片上，烘干，即可得到锆钛酸铅气凝胶复合涂层；

步骤4、锆钛酸铅气凝胶复合涂层的剥离：

将步骤3得到的带复合涂层的基片在无水乙醇中浸泡3～5min，然后用镊子将锆钛酸铅气凝胶复合涂层从基片上揭下，即可得到所述锆钛酸铅气凝胶复合涂层。