[01371763]一种含氟聚合物/导电纤维介电材料及其制备方法

多铁（multiferroics）材料不但可实现不同物理属性间的可控转化与协同,而且还可以通过材料组分的协同耦合作用产生全新的效应和功能,目前已成为国内外功能材料与器件研究领域的热点。在铁电性（ferroelectricity）、铁磁性（ferromagnetism）以及铁弹性（ferroelasticity）等三种磁序参数中,多铁材料至少兼具两种特性。铁磁性能和铁电性能的耦合将产生一些全新的效应,如磁电效应,是单一的铁磁材料或铁电材料所不具备的新性能。基于这些奇特的效应,多铁性材料广泛用于新型功能器件,如多态存储原件、宽频磁性传感器、电场可控的铁磁共振设备、双磁光/电光设备以及新型自旋电子设备等,在电子信息工业领域具有极其重要的地位。 2013年本项目在湖北省自然科学基金面上项目“多铁性聚合物膜的设计、合成和性能研究”（2013CFA020）的支持下开始研究立项。以优异电活性的铁电聚合物PVDF以及PVDF共聚物P（VDF-HFP）作为铁电基体,自行合成具有特定尺寸以及表面活性的碳纳米管-铁钴纳米材料（CNT-CoFe2O4）,利用CNT-CoFe2O4的纳米尺寸效应诱导聚合物基体形成具有更高电活性的铁电晶型结构,并通过铁电聚合物基体与铁磁性CNT-CoFe2O4复合实现铁磁性CNT-CoFe2O4在铁电聚合物基体内的均匀分散并达成无机相与有机相的良好结合,制备了兼具铁电、铁磁的全新多铁性薄膜材料。项目完成了计划任务书的全部预期研究成果,开展了基于氢键诱导技术制备高介电、压电铁电聚合物薄膜,多铁性复合薄膜的磁 电耦合效应等研究,突破了高介电、低损耗铁电聚合物薄膜的结构设计与合成方法的关键技术。发表了SCI论文8篇,申请国家发明专利和国防发明各一项,授权国家发明专利一项,培养了5名硕士研究生,3名继续攻读博士学位,参加国内外学术会议3次,项目负责人获得国家青年骨干教师项目的资助。在湖北省自然科学基金的资助下,本项目通过两年的研究工作,已完成项目全部研究计划,达到预期研究目标,内容如下： 2014年1月至2014年12月：通过混酸氧化法制备了特定长度的酸化碳纳米管（CNT）。酸化之后CNT仍保持原有化学结构;同时在酸化CNT表面出现羧基基团,有利于磁性纳米粒子在其表面负载。并通过原位生长法在酸化CNT表面上负载了CoFe2O4磁性纳米粒子,制备了不同负载量的CNT-CoFe2O4。样品的饱和磁化强度较高,达到了66.8 emu/g,铁磁性能优异,对外加磁场具有很好磁响应能力。 2015年1月至2015年6月：通过流延真空干燥制备了PVDF基磁电复合薄膜。CNT-CoFe2O4在PVDF基体内的均匀分散并达成无机相与有机相的良好结合;最终制备出具有高效耦合的磁、电性能以及结构在纳米尺度上高度有序的多铁聚合物膜。通过系统地合成与表征阐明多铁性聚合物膜的化学结构、形貌及极化与材料的铁磁序、介电响应、压电性能、磁电系数以及磁介电效应之间的相互影响。所得到的多铁聚合物膜铁磁性能优异,其具有较高的储能密度,且具有良好的柔性,将更利于在形式多样化的器件产品中使用。 2015年6月至2015年12月：通过流延真空干燥制备了P（VDF-HFP）基磁电复合薄膜。CNT-CoFe2O4在P（VDF-HFP）基体内的均匀分散并达成无机相与有机相的良好结合;最终制备出具有高效耦合的磁、电性能以及结构在纳米尺度上高度有序的多铁聚合物膜。通过系统地合成与表征阐明多铁性聚合物膜的化学结构、形貌及极化与材料的铁磁序、介电响应、压电性能、磁电系数以及磁介电效应之间的相互影响。CNT-CoFe2O4在聚合物基体中产生协同磁化作用,其铁磁性能最好,介电性能优异,虽然耐压强度低于纯聚合物薄膜,但在同一场强下,饱和极化强度最高,是纯P（VDF-HFP）薄膜的两倍之多,具有较高的储能密度。同时添加了复合薄膜保持了P（VDF-HFP）原有的拉伸强度和韧性,尤其韧性明显优于PVDF基复合薄膜,且具有良好的柔性和透明度,更利于在形式多样化的器件产品中使用。