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一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质及其制备方法

2021-03-29 12:06:17

一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质及其制备方法

  技术领域

  本发明属于多铁性复合介质的制备技术领域;具体涉及一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质及其制备方法。

  背景技术

  随着大数据时代的到来,不断产生的信息量呈爆炸式增长,对数据的存储能力(容量、速度)提出了严峻的挑战。磁存储是目前最重要的存储技术,由于“磁写磁读”原理和微电子工艺的限制其存储速度已趋近极限,如何提高存取速度是当前面临的重要问题。因此,研发新型的“读写”技术已成为国内外研究的重要趋势,在众多的读写技术中,利用多铁性材料磁电耦合效应(既可以通过磁场改变材料的电性,也可以通过电场调控材料的磁性)的“电写磁读”技术由于具有速度快、功耗低、非易失性等优点备受关注。而在室温下具有强磁电耦合效应的多铁性材料是实现“电写磁读”技术的前提和基础,其中铁电铁磁材料就是目前讨论最多的一种多铁性材料。

  复合多铁介质主要有三种类型,根据连通可以分为:0-3型颗粒复合、2-2型叠层结构、1-3型柱状结构。其中铁磁相作为一维柱状形态嵌于铁电材料基体中得到复合介质。这种连通结构使得铁电相和铁磁相的两相接触面积增大,有利于产生强的磁电耦合。但是目前由于这种结构制备工艺比较复杂,生长条件比较苛刻难以调节和控制,在实际应用中受到了很大的限制。

  发明内容

  本发明目的是提供了一种工艺可控性强,易于操作的具有较好多铁性能的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质及其制备方法。

  本发明通过以下技术方案实现:

  一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,包括如下步骤:

  步骤a、制备CoFe2O4纳米纤维;

  步骤b、制备核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维;

  步骤c、制备CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质;

  步骤d、制备一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质。

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤a中CoFe2O4纳米纤维的制备方法包括如下步骤:

  步骤a1、按照物质的量的比分别称量一定质量的六水合销酸钴、九水合硝酸铁、柠檬酸,待用;

  步骤a2、将步骤a1称量好的六水合销酸钴、九水合硝酸铁加入乙醇溶液中,搅拌均匀后加入柠檬酸,继续搅拌至混合溶液澄清后,得到混合溶液,待用;

  步骤a3、将步骤a2得到的混合溶液中继续加入聚乙烯吡咯烷酮,混合溶液与聚乙烯吡咯烷酮的料液比为10ml/0.4~0.6g,在常温下继续搅拌10~12小时,得到CoFe2O4前驱体溶液,加入注射器中进行静电纺丝,得到CoFe2O4前驱体纤维;

  步骤a4、将步骤a3得到的CoFe2O4前驱体纤维置于马弗炉内烧结,得到CoFe2O4纳米纤维。

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤a1中六水合销酸钴、九水合硝酸铁、柠檬酸的物质的量的比为1:2:3;步骤a2中六水合销酸钴、九水合硝酸铁的混合物与乙醇溶液搅拌均匀后得到的混合溶液中钴离子浓度为0.2~0.3mol/L,所述的乙醇溶液的浓度为70vol%。

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤a3中所述静电纺丝,注射器的推进速度设置为0.1~0.2mm/min,接收器转速为60~100r/min,注射器至接收器的距离为10~20cm,设置注射器静电脉冲电压V+为10~20kV,接收滚筒静电脉冲电压V-为10~20kV;步骤a4中马弗炉烧结温度为500~700℃,烧结时间为2~4h。

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤b中核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维的制备方法,包括如下步骤:

  步骤b1、按照料液比分别称量CoFe2O4纳米纤维、十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、蒸馏水,将正丁醇、十六烷基三甲基溴化铵、蒸馏水混合均匀后,加入称量好的CoFe2O4纳米纤维,超声分散均匀后,得到CoFe2O4纳米纤维混合溶液,待用;

  步骤b2、按照步骤b1中CoFe2O4和钛酸四丁酯的物质的量的比为1:2,称量一定质量的钛酸四丁酯,将称量好的钛酸四丁酯加入正丁醇中,搅拌20~40min后,在搅拌的条件下缓慢滴入步骤b1得到的CoFe2O4纳米纤维混合溶液,得到CoFe2O4@TiO2纳米纤维用无水乙醇,洗涤干燥后,待用;

  步骤b3、按照步骤b2中钛酸四丁酯和八水合氢氧化钡的物质的量的比为1:1.2,称量一定质量的八水合氢氧化钡,然后将步骤b2得到的CoFe2O4@TiO2纳米纤维、八水合氢氧化钡、蒸馏水加入水热反应釜,然后放入烘箱中加热到200℃,保温4h,得到核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维。

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤b1中CoFe2O4纳米纤维、十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、蒸馏水的料液比为0.459~6.36g:0.4~5g:150~2000ml:10~100ml;步骤b2中正丁醇和步骤b1得到的CoFe2O4纳米纤维混合溶液的体积比为4~50:16~210;步骤b3中的蒸馏水的加入量为水热反应釜体积的2/3。

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤c中CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质的制备方法包括如下步骤:

  步骤c1、按照步骤b1中所用的CoFe2O4纳米纤维的质量,称量一定质量的P(VDF-TrFE)粉末、一定体积的N,N-二甲基甲酰胺溶液,待用;

  步骤c2、将步骤b制得的核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维加入步骤c1称量好的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,超声震荡至均匀分散,然后加入步骤c1称量好的P(VDF-TrFE)粉末,超声均匀后,得到CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相的P(VDF-TrFE)混合溶液,待用;

  步骤c3、将步骤c2得到的CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相的P(VDF-TrFE)混合溶液加入注射器中进行高速定向静电纺丝,得到CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合湿膜,待用;

  步骤c4、将步骤c3得到的CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合湿膜放在真空烘箱内进行烘干处理,得到CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质。

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤c1中按照步骤b1中所用的CoFe2O4纳米纤维的质量、P(VDF-TrFE)粉末、N,N-二甲基甲酰胺溶液的料液比为0.459~6.36g:5g:50ml称量P(VDF-TrFE)粉末、N,N-二甲基甲酰胺溶液;步骤c2超声震荡的频率为60W,超声震荡的时间为5~30min;步骤c3中高速定向静电纺丝接收器转速为2000~3000r/min,注射器的推进速度设置为0.1~0.2mm/min,注射器至接收器的距离为10~20cm,设置注射器静电脉冲电压V+为12~20kV,接收滚筒静电脉冲电压V-为12~20kV;步骤c4中真空干燥温度为60~80℃,干燥时间为6~24h。

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤d中具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法为将步骤c制得的CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质放置于平板硫化机中进行热压处理,热压压力15MPa,热压温度为140~170℃,热压时间为15~25min,然后通过水冷迅速降至室温,在1~10MPa下保压1~10min后,得到具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质。

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,所述CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相在一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的含量为3~30vol%。

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,厚度为10~30μm。

  本发明的有益效果为:

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,相比于在转速为60~100r/min低速接收下纤维在聚合物基体内部呈现杂乱无章的排列,转速高达2000~3000r/min时纤维受到拉伸力和电场的静电力共同作用,使无机纤维彼此之间呈现高度平行排列,因此纤维在基体内朝向保持一致,而且这种材料在外电场下应用时内部有规律的纤维均与外电场方向垂直,这有利于减小复合介质的漏电流。

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维在聚合物基体内部呈现彼此高度平行排列,对其宏观性能进行测试,能够检测出一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质在不同方向存在各向异性,并且在其应用过程中与外加电场方向垂直。

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,通过在面内,沿复合介质表面分别施加沿纤维方向和垂直于纤维方向的磁场,发现了剩余磁化强度,饱和磁化强度以及矫顽力等的不同,体现出明显的磁各向异性,在所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质面内,沿纤维定向排布方向比垂直于纤维方向有着更大的饱和磁化强度,剩余磁化强度,分析是由于纳米纤维拥有较大的长径比,增强了磁各向异性,使其更容易在面内沿纳米纤维方向磁化。这一性质使得所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质拥有更独特的应用潜力。

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,高定向排布的核壳结构纤维作为一维柱状形态嵌于铁电材料P(VDF-TrFE)相基体中,这种1-3连通结构使得铁电相和铁磁相的两相接触面积增大,有利于产生强的磁电耦合。而且在CoFe2O4纤维表面包覆了一层BaTiO3颗粒壳层,来限制漏电流,包覆BaTiO3壳层作铁电材料,能够近一步增加复合介质的电极化并导致磁电效应的进一步增加,同时这种制备方法所需设备价格低廉,工艺简单,易于实现。

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,首先采用溶胶-凝胶法和静电纺丝技术制备具有大长径比的无机纤维填充相,然后采用水热合成法对其进行钛酸钡包覆,随后与P(VDF-TrFE)复合,并进行热压处理,得到致密的高定向所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质。

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,所述CoFe2O4@BaTiO3NFs为核壳纤维结构,核层为钴铁氧体,壳层为钛酸钡。

  本发明所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,制备方法操作简单,易于制备,同时具有优异的铁电和铁磁性能,并且有效地解决了复合薄膜可能存在的漏电流问题,还具有无机多铁材料不具备的柔韧性。

  附图说明

  图1为P(VDF-TrFE)、CoFe2O4纳米纤维和具体实施方式一方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的X射线衍射对比图谱;

  图2为具体实施方式一方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的断面SEM照片;

  图3为P(VDF-TrFE)的断面SEM照片;

  图4为P(VDF-TrFE)和具体实施方式一方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的电滞回线对比曲线。

  图5为具体实施方式一方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质在不同磁场方向下的的磁滞回线曲线;

  图6为具体实施方式一方法制备的核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维的TEM照片;

  图7为具体实施方式一方法制备的CoFe2O4纳米纤维的TEM照片。

  具体实施方式

  下面结合附图对本发明近一步详细说明,但并不局限于此,凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的保护范围中。

  具体实施方式一:

  一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,包括如下步骤:

  步骤a、制备CoFe2O4纳米纤维;

  步骤b、制备核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维;

  步骤c、制备CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质;

  步骤d、制备具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤a中CoFe2O4纳米纤维的制备方法包括如下步骤:

  步骤a1、按照物质的量的比分别称量一定质量的六水合销酸钴、九水合硝酸铁、柠檬酸,待用;

  步骤a2、将步骤a1称量好的六水合销酸钴、九水合硝酸铁加入乙醇溶液中,搅拌均匀后加入柠檬酸,继续搅拌至混合溶液澄清后,得到混合溶液,待用;

  步骤a3、将步骤a2得到的混合溶液中继续加入聚乙烯吡咯烷酮,混合溶液与聚乙烯吡咯烷酮的料液比为10ml/0.5g,在常温下继续搅拌12小时,得到CoFe2O4前驱体溶液,加入注射器中进行静电纺丝,得到CoFe2O4前驱体纤维;

  步骤a4、将步骤a3得到的CoFe2O4前驱体纤维置于马弗炉内烧结,得到CoFe2O4纳米纤维。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤a1中六水合销酸钴、九水合硝酸铁、柠檬酸的物质的量的比为1:2:3;步骤a2中六水合销酸钴、九水合硝酸铁的混合物与乙醇溶液搅拌均匀后得到的混合溶液中钴离子浓度为0.2mol/L,所述的乙醇溶液的浓度为70vol%。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤a3中所述静电纺丝,注射器的推进速度设置为0.14mm/min,接收器转速为100r/min,注射器至接收器的距离为15cm,设置注射器静电脉冲电压V+为14kV,接收滚筒静电脉冲电压V-为-14kV;步骤a4中马弗炉烧结温度为700℃,烧结时间为2h。选取型号为23G的金属针头准备进行静电纺丝。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤b中核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维的制备方法,包括如下步骤:

  步骤b1、按照料液比分别称量CoFe2O4纳米纤维、十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、蒸馏水,将正丁醇、十六烷基三甲基溴化铵、蒸馏水混合均匀后,加入称量好的CoFe2O4纳米纤维,超声分散均匀后,得到CoFe2O4纳米纤维混合溶液,待用;

  步骤b2、按照步骤b1中CoFe2O4和钛酸四丁酯的物质的量的比为1:2,称量一定质量的钛酸四丁酯,将称量好的钛酸四丁酯加入正丁醇中,搅拌30min后,在搅拌的条件下缓慢滴入步骤b1得到的CoFe2O4纳米纤维混合溶液,搅拌12h后得到CoFe2O4@TiO2纳米纤维用无水乙醇,洗涤干燥后,待用;

  步骤b3、按照步骤b2中钛酸四丁酯和八水合氢氧化钡的物质的量的比为1:1.2,称量一定质量的八水合氢氧化钡,然后将步骤b2得到的CoFe2O4@TiO2纳米纤维、八水合氢氧化钡、蒸馏水加入水热反应釜,然后放入烘箱中加热到200℃,保温4h,得到核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤b1中CoFe2O4纳米纤维、十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、蒸馏水的料液比为0.781:0.6g:250ml:20ml;步骤b2中正丁醇和步骤b1得到的CoFe2O4纳米纤维混合溶液的体积比为6:27;步骤b3中的蒸馏水的加入量为水热反应釜体积的2/3。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤c中CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质的制备方法包括如下步骤:

  步骤c1、按照步骤b1中所用的CoFe2O4纳米纤维的质量,称量一定质量的P(VDF-TrFE)粉末、一定体积的N,N-二甲基甲酰胺溶液,待用;

  步骤c2、步骤b制得的核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维加入步骤c1称量好的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,超声震荡至均匀分散,然后加入步骤c1称量好的P(VDF-TrFE)粉末,超声均匀后,得到CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相的P(VDF-TrFE)混合溶液,待用;

  步骤c3、将步骤c2得到的CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相的P(VDF-TrFE)混合溶液加入注射器中进行高速定向静电纺丝,得到CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合湿膜,待用;

  步骤c4、将步骤c3得到的CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合湿膜放在真空烘箱内进行烘干处理,得到CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤c1中按照步骤b1中所用的CoFe2O4纳米纤维的质量、P(VDF-TrFE)粉末、N,N-二甲基甲酰胺溶液的料液比为0.781g:5g:50ml称量P(VDF-TrFE)粉末、N,N-二甲基甲酰胺溶液;步骤c2超声震荡的频率为60W,超声震荡的时间为20min;步骤c3中高速定向静电纺丝接收器转速为2000r/min,注射器的推进速度设置为0.1mm/min,注射器至接收器的距离为15cm,设置注射器静电脉冲电压V+为14kV,接收滚筒静电脉冲电压V-为-14kV;步骤c4中真空干燥温度为70℃,干燥时间为12h。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤d中具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法为将步骤c制得的CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质放置于平板硫化机中进行热压处理,热压压力15MPa,热压温度为160℃,热压时间为20min,然后通过水冷迅速降至室温,在5MPa下保压3min后,得到具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,制备的所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的含量为5vol%。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,X射线衍射对比图谱如图1所示,从图1中能够看出,本实施方式制备的一维CoFe2O4纳米纤维结晶相为尖晶石结构,无其他杂质;所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,通过X射线衍射图谱(XRD)对晶体结构进行表征分析,XRD图谱检测到填充相CoFe2O4、BaTiO3的衍射峰和P(VDF-TrFE)的晶体结构,说明无机相与基体复合成功。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,断面SEM照片如图2所示,P(VDF-TrFE)的断面SEM照片如图3所示,从图2和图3的对比能够看出,本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的厚度为20μm,单独的P(VDF-TrFE)膜厚为24μm,能够清楚的观察到CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维在所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质中呈高定向排布,且分布均匀。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,测试的电滞回线对比曲线如图4所示,从图4能够看出,在相同电场下,相比于纯P(VDF-TrFE)介质,所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质具有更大的最大极化和剩余极化,以较小的矫顽场,铁电性能有所改善;另外,由于BaTiO3壳层属于铁电体,可进一步增大所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的极化强度,同时限制了漏电流的产生。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,通过在面内,沿复合介质表面分别施加沿纤维方向和垂直于纤维方向的磁场,如图5所示,a方向为面内沿纤维方向,b方向为面内垂直于纤维方向。由图显然可以看出,在b方向饱和磁化强度和剩余磁化强度显然要小于沿a方向的饱和磁化强度。体现出明显的磁各向异性。而且在包覆BaTiO3壳层后,所述的一种拥有铁磁各向异性的聚合物基复合介质仍具有较好的铁磁性能。从图4和图5还能够得出,本实施方式制备方法制备的所述的一种拥有铁磁各向异性的聚合物基复合介质同时具有较好的铁电性能和铁磁性能,而且保证了聚合物基体良好的柔韧性,在一维核壳结构无机纤维低含量下实现了优异的多铁性能。

  本实施方式所述的一种拥有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种拥有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,CoFe2O4@BaTiO3复合纤维的TEM照片如图6所示,CoFe2O4纤维的TEM照片如图7所示,从图6中能够看出CoFe2O4纤维表面均匀完整的包覆上了一层BaTiO3壳层,核壳结构中CoFe2O4直径约为300nm,BaTiO3包覆层约为30nm。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,通过在面内,沿复合介质表面分别施加沿纤维方向和垂直于纤维方向的磁场,发现了剩余磁化强度,饱和磁化强度以及矫顽力等的不同,体现出明显的磁各向异性,在所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质面内,沿纤维定向排布方向比垂直于纤维方向有着更大的饱和磁化强度,剩余磁化强度,分析是由于纳米纤维拥有较大的长径比,增强了磁各向异性,使其更容易在面内沿纳米纤维方向磁化。这一性质使得所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质拥有更独特的应用潜力。

  具体实施方式二:

  一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,包括如下步骤:

  步骤a、制备CoFe2O4纳米纤维;

  步骤b、制备核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维;

  步骤c、制备CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质;

  步骤d、制备一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤a中CoFe2O4纳米纤维的制备方法包括如下步骤:

  步骤a1、按照物质的量的比分别称量一定质量的六水合销酸钴、九水合硝酸铁、柠檬酸,待用;

  步骤a2、将步骤a1称量好的六水合销酸钴、九水合硝酸铁加入乙醇溶液中,搅拌均匀后加入柠檬酸,继续搅拌至混合溶液澄清后,得到混合溶液,待用;

  步骤a3、将步骤a2得到的混合溶液中继续加入聚乙烯吡咯烷酮,混合溶液与聚乙烯吡咯烷酮的料液比为10ml/0.4g,在常温下继续搅拌10小时,得到CoFe2O4前驱体溶液,加入注射器中进行静电纺丝,得到CoFe2O4前驱体纤维;

  步骤a4、将步骤a3得到的CoFe2O4前驱体纤维置于马弗炉内烧结,得到CoFe2O4纳米纤维。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤a1中六水合销酸钴、九水合硝酸铁、柠檬酸的物质的量的比为1:2:3;步骤a2中六水合销酸钴、九水合硝酸铁的混合物与乙醇溶液搅拌均匀后得到的混合溶液中钴离子浓度为0.2mol/L,所述的乙醇溶液的浓度为70vol%。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤a3中所述静电纺丝,注射器的推进速度设置为0.1mm/min,接收器转速为60r/min,注射器至接收器的距离为10cm,设置注射器静电脉冲电压V+为10kV,接收滚筒静电脉冲电压V-为10kV;步骤a4中马弗炉烧结温度为500℃,烧结时间为4h。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤b中核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维的制备方法,包括如下步骤:

  步骤b1、按照料液比分别称量CoFe2O4纳米纤维、十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、蒸馏水,将正丁醇、十六烷基三甲基溴化铵、蒸馏水混合均匀后,加入称量好的CoFe2O4纳米纤维,超声分散均匀后,得到CoFe2O4纳米纤维混合溶液,待用;

  步骤b2、按照步骤b1中CoFe2O4和钛酸四丁酯的物质的量的比为1:2,称量一定质量的钛酸四丁酯,将称量好的钛酸四丁酯加入正丁醇中,搅拌20min后,在搅拌的条件下缓慢滴入步骤b1得到的CoFe2O4纳米纤维混合溶液,得到CoFe2O4@TiO2纳米纤维用无水乙醇,洗涤干燥后,待用;

  步骤b3、按照步骤b2中钛酸四丁酯和八水合氢氧化钡的物质的量的比为1:1.2,称量一定质量的八水合氢氧化钡,然后将步骤b2得到的CoFe2O4@TiO2纳米纤维、八水合氢氧化钡、蒸馏水加入水热反应釜,然后放入烘箱中加热到200℃,保温4h,得到核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤b1中CoFe2O4纳米纤维、十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、蒸馏水的料液比为0.459g:0.4g:150ml:10ml;步骤b2中正丁醇和步骤b1得到的CoFe2O4纳米纤维混合溶液的体积比为4:16;步骤b3中的蒸馏水的加入量为水热反应釜体积的2/3。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤c中CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质的制备方法包括如下步骤:

  步骤c1、按照步骤b1中所用的CoFe2O4纳米纤维的质量,称量一定质量的P(VDF-TrFE)粉末、一定体积的N,N-二甲基甲酰胺溶液,待用;

  步骤c2、将步骤b制得的核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维加入步骤c1称量好的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,超声震荡至均匀分散,然后加入步骤c1称量好的P(VDF-TrFE)粉末,超声均匀后,得到CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相的P(VDF-TrFE)混合溶液,待用;

  步骤c3、将步骤c2得到的CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相的P(VDF-TrFE)混合溶液加入注射器中进行高速定向静电纺丝,得到CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合湿膜,待用;

  步骤c4、将步骤c3得到的CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合湿膜放在真空烘箱内进行烘干处理,得到CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤c1中按照步骤b1中所用的CoFe2O4纳米纤维的质量、P(VDF-TrFE)粉末、N,N-二甲基甲酰胺溶液的料液比为0.459g:5g:50ml称量P(VDF-TrFE)粉末、N,N-二甲基甲酰胺溶液;步骤c2超声震荡的频率为60W,超声震荡的时间为5~30min;步骤c3中高速定向静电纺丝接收器转速为2000r/min,注射器的推进速度设置为0.16mm/min,注射器至接收器的距离为10cm,设置注射器静电脉冲电压V+为12kV,接收滚筒静电脉冲电压V-为12kV;步骤c4中真空干燥温度为60℃,干燥时间为24h。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤d中具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法为将步骤c制得的CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质放置于平板硫化机中进行热压处理,热压压力15MPa,热压温度为140℃,热压时间为25min,然后通过水冷迅速降至室温,在1MPa下保压10min后,得到具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,所述CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相在一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的含量为3vol%。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维在聚合物基体内部呈现彼此高度平行排列,对其宏观性能进行测试,能够检测出一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质在不同方向存在各向异性,并且在其应用过程中与外加电场方向垂直。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,高定向排布的核壳结构纤维作为一维柱状形态嵌于铁电材料P(VDF-TrFE)相基体中,这种1-3连通结构使得铁电相和铁磁相的两相接触面积增大,有利于产生强的磁电耦合。而且在CoFe2O4纤维表面包覆了一层BaTiO3颗粒壳层,来限制漏电流,包覆BaTiO3壳层作铁电材料,能够近一步增加复合介质的电极化并导致磁电效应的进一步增加,同时这种制备方法所需设备价格低廉,工艺简单,易于实现。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,通过在面内,沿复合介质表面分别施加沿纤维方向和垂直于纤维方向的磁场,发现了剩余磁化强度,饱和磁化强度以及矫顽力等的不同,体现出明显的磁各向异性,在所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质面内,沿纤维定向排布方向比垂直于纤维方向有着更大的饱和磁化强度,剩余磁化强度,分析是由于纳米纤维拥有较大的长径比,增强了磁各向异性,使其更容易在面内沿纳米纤维方向磁化。这一性质使得所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质拥有更独特的应用潜力。

  具体实施方式三:

  一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,包括如下步骤:

  步骤a、制备CoFe2O4纳米纤维;

  步骤b、制备核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维;

  步骤c、制备CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质;

  步骤d、制备一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法步骤a中CoFe2O4纳米纤维的制备方法包括如下步骤:

  步骤a1、按照物质的量的比分别称量一定质量的六水合销酸钴、九水合硝酸铁、柠檬酸,待用;

  步骤a2、将步骤a1称量好的六水合销酸钴、九水合硝酸铁加入乙醇溶液中,搅拌均匀后加入柠檬酸,继续搅拌至混合溶液澄清后,得到混合溶液,待用;

  步骤a3、将步骤a2得到的混合溶液中继续加入聚乙烯吡咯烷酮,混合溶液与聚乙烯吡咯烷酮的料液比为10ml/0.6g,在常温下继续搅拌12小时,得到CoFe2O4前驱体溶液,加入注射器中进行静电纺丝,得到CoFe2O4前驱体纤维;

  步骤a4、将步骤a3得到的CoFe2O4前驱体纤维置于马弗炉内烧结,得到CoFe2O4纳米纤维。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤a1中六水合销酸钴、九水合硝酸铁、柠檬酸的物质的量的比为1:2:3;步骤a2中六水合销酸钴、九水合硝酸铁的混合物与乙醇溶液搅拌均匀后得到的混合溶液中钴离子浓度为0.2mol/L,所述的乙醇溶液的浓度为70vol%。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤a3中所述静电纺丝,注射器的推进速度设置为0.2mm/min,接收器转速为100r/min,注射器至接收器的距离为20cm,设置注射器静电脉冲电压V+为20kV,接收滚筒静电脉冲电压V-为20kV;步骤a4中马弗炉烧结温度为700℃,烧结时间为2h。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤b中核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维的制备方法,包括如下步骤:

  步骤b1、按照料液比分别称量CoFe2O4纳米纤维、十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、蒸馏水,将正丁醇、十六烷基三甲基溴化铵、蒸馏水混合均匀后,加入称量好的CoFe2O4纳米纤维,超声分散均匀后,得到CoFe2O4纳米纤维混合溶液,待用;

  步骤b2、按照步骤b1中CoFe2O4和钛酸四丁酯的物质的量的比为1:2,称量一定质量的钛酸四丁酯,将称量好的钛酸四丁酯加入正丁醇中,搅拌40min后,在搅拌的条件下缓慢滴入步骤b1得到的CoFe2O4纳米纤维混合溶液,再搅拌12小时得到CoFe2O4@TiO2纳米纤维用无水乙醇,洗涤干燥后,待用;

  步骤b3、按照步骤b2中钛酸四丁酯和八水合氢氧化钡的物质的量的比为1:1.2,称量一定质量的八水合氢氧化钡,然后将步骤b2得到的CoFe2O4@TiO2纳米纤维、八水合氢氧化钡、蒸馏水加入水热反应釜,然后放入烘箱中加热到200℃,保温4h,得到核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤b1中CoFe2O4纳米纤维、十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、蒸馏水的料液比为1.65g:1.5g:500ml:30ml;步骤b2中正丁醇和步骤b1得到的CoFe2O4纳米纤维混合溶液的体积比为12:53;步骤b3中的蒸馏水的加入量为水热反应釜体积的2/3。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤c中CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质的制备方法包括如下步骤:

  步骤c1、按照步骤b1中所用的CoFe2O4纳米纤维的质量,称量一定质量的P(VDF-TrFE)粉末、一定体积的N,N-二甲基甲酰胺溶液,待用;

  步骤c2、将步骤b制得的核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维加入步骤c1称量好的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,超声震荡至均匀分散,然后加入步骤c1称量好的P(VDF-TrFE)粉末,超声均匀后,得到CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相的P(VDF-TrFE)混合溶液,待用;

  步骤c3、将步骤c2得到的CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相的P(VDF-TrFE)混合溶液加入注射器中进行高速定向静电纺丝,得到CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合湿膜,待用;

  步骤c4、将步骤c3得到的CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合湿膜放在真空烘箱内进行烘干处理,得到CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤c1中按照步骤b1中所用的CoFe2O4纳米纤维的质量、P(VDF-TrFE)粉末、N,N-二甲基甲酰胺溶液的料液比为1.65g:5g:50ml称量P(VDF-TrFE)粉末、N,N-二甲基甲酰胺溶液;步骤c2超声震荡的频率为60W,超声震荡的时间为15min;步骤c3中高速定向静电纺丝接收器转速为2000r/min,注射器的推进速度设置为0.15mm/min,注射器至接收器的距离为16cm,设置注射器静电脉冲电压V+为15kV,接收滚筒静电脉冲电压V-为-14kV;步骤c4中真空干燥温度为80℃,干燥时间为10h。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法步骤d中具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法为将步骤c制得的CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质放置于平板硫化机中进行热压处理,热压压力15MPa,热压温度为160℃,热压时间为20min,然后通过水冷迅速降至室温,在10MPa下保压2min后,得到具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,所述CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相在一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的含量为10vol%。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,制备的所述CoFe2O4@BaTiO3NFs为核壳纤维结构,核层为钴铁氧体,壳层为钛酸钡。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,制备方法操作简单,易于制备,同时具有优异的铁电和铁磁性能,并且有效地解决了复合薄膜可能存在的漏电流问题,还具有无机多铁材料不具备的柔韧性。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,通过在面内,沿复合介质表面分别施加沿纤维方向和垂直于纤维方向的磁场,发现了剩余磁化强度,饱和磁化强度以及矫顽力等的不同,体现出明显的磁各向异性,在所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质面内,沿纤维定向排布方向比垂直于纤维方向有着更大的饱和磁化强度,剩余磁化强度,分析是由于纳米纤维拥有较大的长径比,增强了磁各向异性,使其更容易在面内沿纳米纤维方向磁化。这一性质使得所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质拥有更独特的应用潜力。

  具体实施方式四:

  一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,包括如下步骤:

  步骤a、制备CoFe2O4纳米纤维;

  步骤b、制备核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维;

  步骤c、制备CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质;

  步骤d、制备一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤a中CoFe2O4纳米纤维的制备方法包括如下步骤:

  步骤a1、按照物质的量的比分别称量一定质量的六水合销酸钴、九水合硝酸铁、柠檬酸,待用;

  步骤a2、将步骤a1称量好的六水合销酸钴、九水合硝酸铁加入乙醇溶液中,搅拌均匀后加入柠檬酸,继续搅拌至混合溶液澄清后,得到混合溶液,待用;

  步骤a3、将步骤a2得到的混合溶液中继续加入聚乙烯吡咯烷酮,混合溶液与聚乙烯吡咯烷酮的料液比为10ml/0.45g,在常温下继续搅拌10小时,得到CoFe2O4前驱体溶液,加入注射器中进行静电纺丝,得到CoFe2O4前驱体纤维;

  步骤a4、将步骤a3得到的CoFe2O4前驱体纤维置于马弗炉内烧结,得到CoFe2O4纳米纤维。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法步骤a1中六水合销酸钴、九水合硝酸铁、柠檬酸的物质的量的比为1:2:3;步骤a2中六水合销酸钴、九水合硝酸铁的混合物与乙醇溶液搅拌均匀后得到的混合溶液中钴离子浓度为0.2~0.3mol/L,所述的乙醇溶液的浓度为70vol%。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤a3中所述静电纺丝,注射器的推进速度设置为0.1mm/min,接收器转速为80r/min,注射器至接收器的距离为16cm,设置注射器静电脉冲电压V+为15kV,接收滚筒静电脉冲电压V-为-16kV;步骤a4中马弗炉烧结温度为600℃,烧结时间为4h。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤b中核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维的制备方法,包括如下步骤:

  步骤b1、按照料液比分别称量CoFe2O4纳米纤维、十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、蒸馏水,将正丁醇、十六烷基三甲基溴化铵、蒸馏水混合均匀后,加入称量好的CoFe2O4纳米纤维,超声分散均匀后,得到CoFe2O4纳米纤维混合溶液,待用;

  步骤b2、按照步骤b1中CoFe2O4和钛酸四丁酯的物质的量的比为1:2,称量一定质量的钛酸四丁酯,将称量好的钛酸四丁酯加入正丁醇中,搅拌30min后,在搅拌的条件下缓慢滴入步骤b1得到的CoFe2O4纳米纤维混合溶液,得到CoFe2O4@TiO2纳米纤维用无水乙醇,洗涤干燥后,待用;

  步骤b3、按照步骤b2中钛酸四丁酯和八水合氢氧化钡的物质的量的比为1:1.2,称量一定质量的八水合氢氧化钡,然后将步骤b2得到的CoFe2O4@TiO2纳米纤维、八水合氢氧化钡、蒸馏水加入水热反应釜,然后放入烘箱中加热到200℃,保温4h,得到核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤b1中CoFe2O4纳米纤维、十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、蒸馏水的料液比为3.71g:3g:1200ml:60ml;步骤b2中正丁醇和步骤b1得到的CoFe2O4纳米纤维混合溶液的体积比为30:126;步骤b3中的蒸馏水的加入量为水热反应釜体积的2/3。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法步骤c中CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质的制备方法包括如下步骤:

  步骤c1、按照步骤b1中所用的CoFe2O4纳米纤维的质量,称量一定质量的P(VDF-TrFE)粉末、一定体积的N,N-二甲基甲酰胺溶液,待用;

  步骤c2、将步骤b制得的核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维加入步骤c1称量好的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,超声震荡至均匀分散,然后加入步骤c1称量好的P(VDF-TrFE)粉末,超声均匀后,得到CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相的P(VDF-TrFE)混合溶液,待用;

  步骤c3、将步骤c2得到的CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相的P(VDF-TrFE)混合溶液加入注射器中进行高速定向静电纺丝,得到CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合湿膜,待用;

  步骤c4、将步骤c3得到的CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合湿膜放在真空烘箱内进行烘干处理,得到CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤c1中按照步骤b1中所用的CoFe2O4纳米纤维的质量、P(VDF-TrFE)粉末、N,N-二甲基甲酰胺溶液的料液比为3.71g:5g:50ml称量P(VDF-TrFE)粉末、N,N-二甲基甲酰胺溶液;步骤c2超声震荡的频率为60W,超声震荡的时间为30min;步骤c3中高速定向静电纺丝接收器转速为3000r/min,注射器的推进速度设置为0.2mm/min,注射器至接收器的距离为20cm,设置注射器静电脉冲电压V+为15kV,接收滚筒静电脉冲电压V-为-16kV;步骤c4中真空干燥温度为80℃,干燥时间为6h。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤d中具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法为将步骤c制得的CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质放置于平板硫化机中进行热压处理,热压压力15MPa,热压温度为170℃,热压时间为25min,然后通过水冷迅速降至室温,在10MPa下保压2min后,得到具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,所述CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相在一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的含量为20vol%。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,高定向排布的核壳结构纤维作为一维柱状形态嵌于铁电材料P(VDF-TrFE)相基体中,这种1-3连通结构使得铁电相和铁磁相的两相接触面积增大,有利于产生强的磁电耦合。而且在CoFe2O4纤维表面包覆了一层BaTiO3颗粒壳层,来限制漏电流,包覆BaTiO3壳层作铁电材料,能够近一步增加复合介质的电极化并导致磁电效应的进一步增加,同时这种制备方法所需设备价格低廉,工艺简单,易于实现。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,通过在面内,沿复合介质表面分别施加沿纤维方向和垂直于纤维方向的磁场,发现了剩余磁化强度,饱和磁化强度以及矫顽力等的不同,体现出明显的磁各向异性,在所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质面内,沿纤维定向排布方向比垂直于纤维方向有着更大的饱和磁化强度,剩余磁化强度,分析是由于纳米纤维拥有较大的长径比,增强了磁各向异性,使其更容易在面内沿纳米纤维方向磁化。这一性质使得所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质拥有更独特的应用潜力。

  具体实施方式五:

  一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,包括如下步骤:

  步骤a、制备CoFe2O4纳米纤维;

  步骤b、制备核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维;

  步骤c、制备CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质;

  步骤d、制备一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤a中CoFe2O4纳米纤维的制备方法包括如下步骤:

  步骤a1、按照物质的量的比分别称量一定质量的六水合销酸钴、九水合硝酸铁、柠檬酸,待用;

  步骤a2、将步骤a1称量好的六水合销酸钴、九水合硝酸铁加入乙醇溶液中,搅拌均匀后加入柠檬酸,继续搅拌至混合溶液澄清后,得到混合溶液,待用;

  步骤a3、将步骤a2得到的混合溶液中继续加入聚乙烯吡咯烷酮,混合溶液与聚乙烯吡咯烷酮的料液比为10ml/0.55g,在常温下继续搅拌10小时,得到CoFe2O4前驱体溶液,加入注射器中进行静电纺丝,得到CoFe2O4前驱体纤维;

  步骤a4、将步骤a3得到的CoFe2O4前驱体纤维置于马弗炉内烧结,得到CoFe2O4纳米纤维。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤a1中六水合销酸钴、九水合硝酸铁、柠檬酸的物质的量的比为1:2:3;步骤a2中六水合销酸钴、九水合硝酸铁的混合物与乙醇溶液搅拌均匀后得到的混合溶液中钴离子浓度为0.3mol/L,所述的乙醇溶液的浓度为70vol%。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤a3中所述静电纺丝,注射器的推进速度设置为0.2mm/min,接收器转速为90r/min,注射器至接收器的距离为11cm,设置注射器静电脉冲电压V+为12kV,接收滚筒静电脉冲电压V-为-12kV;步骤a4中马弗炉烧结温度为700℃,烧结时间为2h。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤b中核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维的制备方法,包括如下步骤:

  步骤b1、按照料液比分别称量CoFe2O4纳米纤维、十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、蒸馏水,将正丁醇、十六烷基三甲基溴化铵、蒸馏水混合均匀后,加入称量好的CoFe2O4纳米纤维,超声分散均匀后,得到CoFe2O4纳米纤维混合溶液,待用;

  步骤b2、按照步骤b1中CoFe2O4和钛酸四丁酯的物质的量的比为1:2,称量一定质量的钛酸四丁酯,将称量好的钛酸四丁酯加入正丁醇中,搅拌40min后,在搅拌的条件下缓慢滴入步骤b1得到的CoFe2O4纳米纤维混合溶液,得到CoFe2O4@TiO2纳米纤维用无水乙醇,洗涤干燥后,待用;

  步骤b3、按照步骤b2中钛酸四丁酯和八水合氢氧化钡的物质的量的比为1:1.2,称量一定质量的八水合氢氧化钡,然后将步骤b2得到的CoFe2O4@TiO2纳米纤维、八水合氢氧化钡、蒸馏水加入水热反应釜,然后放入烘箱中加热到200℃,保温4h,得到核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤b1中CoFe2O4纳米纤维、十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、蒸馏水的料液比为6.36g:5g:2000ml:100ml;步骤b2中正丁醇和步骤b1得到的CoFe2O4纳米纤维混合溶液的体积比为50:210;步骤b3中的蒸馏水的加入量为水热反应釜体积的2/3。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤c中CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质的制备方法包括如下步骤:

  步骤c1、按照步骤b1中所用的CoFe2O4纳米纤维的质量,称量一定质量的P(VDF-TrFE)粉末、一定体积的N,N-二甲基甲酰胺溶液,待用;

  步骤c2、将步骤b制得的核壳结构CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维加入步骤c1称量好的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,超声震荡至均匀分散,然后加入步骤c1称量好的P(VDF-TrFE)粉末,超声均匀后,得到CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相的P(VDF-TrFE)混合溶液,待用;

  步骤c3、将步骤c2得到的CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相的P(VDF-TrFE)混合溶液加入注射器中进行高速定向静电纺丝,得到CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合湿膜,待用;

  步骤c4、将步骤c3得到的CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合湿膜放在真空烘箱内进行烘干处理,得到CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤c1中按照步骤b1中所用的CoFe2O4纳米纤维的质量、P(VDF-TrFE)粉末、N,N-二甲基甲酰胺溶液的料液比为6.36g:5g:50ml称量P(VDF-TrFE)粉末、N,N-二甲基甲酰胺溶液;步骤c2超声震荡的频率为60W,超声震荡的时间为30min;步骤c3中高速定向静电纺丝接收器转速为3000r/min,注射器的推进速度设置为0.2mm/min,注射器至接收器的距离为20cm,设置注射器静电脉冲电压V+为20kV,接收滚筒静电脉冲电压V-为-20kV;步骤c4中真空干燥温度为80℃,干燥时间为12h。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,步骤d中具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法为将步骤c制得的CoFe2O4@BaTiO3-P(VDF-TrFE)基复合介质放置于平板硫化机中进行热压处理,热压压力15MPa,热压温度为170℃,热压时间为25min,然后通过水冷迅速降至室温,在1MPa下保压10min后,得到具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,所述CoFe2O4@BaTiO3纳米纤维填充相在一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的含量为30vol%。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法,高定向排布的核壳结构纤维作为一维柱状形态嵌于铁电材料P(VDF-TrFE)相基体中,这种1-3连通结构使得铁电相和铁磁相的两相接触面积增大,有利于产生强的磁电耦合。而且在CoFe2O4纤维表面包覆了一层BaTiO3颗粒壳层,来限制漏电流,包覆BaTiO3壳层作铁电材料,能够近一步增加复合介质的电极化并导致磁电效应的进一步增加,同时这种制备方法所需设备价格低廉,工艺简单,易于实现。

  本实施方式所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质的制备方法制备的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质,通过在面内,沿复合介质表面分别施加沿纤维方向和垂直于纤维方向的磁场,发现了剩余磁化强度,饱和磁化强度以及矫顽力等的不同,体现出明显的磁各向异性,在所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质面内,沿纤维定向排布方向比垂直于纤维方向有着更大的饱和磁化强度,剩余磁化强度,分析是由于纳米纤维拥有较大的长径比,增强了磁各向异性,使其更容易在面内沿纳米纤维方向磁化。这一性质使得所述的一种具有铁磁各向异性的聚合物基复合介质拥有更独特的应用潜力。

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