棒状Ag粉体的制备方法及棒状Ag@BST核壳粒子的制备方法和应用
技术领域
本发明属于微电容器的技术领域；具体涉及一种棒状Ag的制备方法；以及核壳粒子棒状Ag@Ba0.6Sr0.4TiO3粉体的制备方法和应用。
背景技术
随着人类社会的不断发展和科学技术的不断更新换代，对能源的需求日趋上升，能源的利用与储存成为人们密切关注的领域。电容器作为一种新型的物理储能设备，因其体积小，储能密度高，充放电效率高，而迅速成为能源储存与利用领域研究的热点。为了提高聚合物集体的储能密度，一般向聚合物基体中加入无机陶瓷或者导电材料。加入无机陶瓷填料，复合材料的介电常数随着填料含量的增加而增加，然而复合材料的介电损耗也随之增加，而且复合材料的力学性能急剧下降，这严重影响了复合材料的使用寿命和应用领域。而导电填料加入到聚合物中，达到阈值时，聚合物的介电常数急剧增加的同时，介电损耗也急剧增加。
核壳结构是一种设计和制备能量存储和介电应用的高介电复合材料的强大且多用途的策略。向有机聚合物之中加入导电材料能够显著提高复合材料的介电常数，但是一定量的导电材料会彼此连通，形成漏电流，提高了复合材料的介电损耗。
发明内容
本发明要解决棒状纳米银作为单一填料时，存在当达到渗流阈值时，提高介电常数的同时也会降低击穿强、增大介电损耗，进而降低储能密度的问题，限制了其在电容器领域的应用，而提供了棒状Ag粉体的制备方法及棒状Ag@BST核壳粒子的制备方法和应用。
为了解决上述技术问题，本发明中棒状Ag粉体的制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、取乙二醇，边搅拌边升温至160℃-170℃，保温1h-2h；
步骤二、然后加入氯化钠，继续保温反应20min-40min；
步骤三、再加入聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液，当反应温度回升至160℃-170℃时，逐滴滴加硝酸银的乙二醇溶液，滴加完毕后升温至180℃-190℃，保温反应1h-2h；
步骤四、然后经过体积浓度为95％的乙醇溶液洗涤离心至少3次，烘干，得到棒状银粉体；整个过程是在搅拌下进行的。
进一步地限定，步骤一中取100mL-140mL乙二醇；步骤二中加入0.002g-0.007g氯化钠；步骤三加入的聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液是将3.5g-4g聚乙烯吡咯烷酮溶于70mL-80mL乙二醇中，混匀后制得的；步骤三中滴加的硝酸银的乙二醇溶液是将1.5g-2g硝酸银溶于70mL-80mL乙二醇中，混匀后制得的，滴加速度为140mL/min-150mL/min。
进一步地限定，步骤四中离心速率为3000r/min-5000r/min。
进一步地限定，步骤四中烘干温度为80℃-100℃。
本发明中棒状Ag@BST核壳粒子的制备方法是通过下述步骤完成的：
步骤1、将乙酸钡和乙酸锶溶于乙酸中，40℃-50℃下搅拌30min-1h，获得溶液A；
步骤2、将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，室温下搅拌30min-1h，获得溶液B；
步骤3、室温下将溶液B逐滴滴加到溶液A中，室温下搅拌1h-2h，得到BST溶胶；
步骤4、将上述方法制备的棒状Ag粉体加入到步骤3获得的BST溶胶中，60℃-80℃下超声2h-3h；
步骤5、然后经过体积浓度为95％的乙醇溶液洗涤离心至少3次，烘干，得到Ag@BST干凝胶。
步骤6、向聚四氟乙烯内衬的不锈钢釜中放入KOH溶液，然后加入步骤5获得的Ag@BST干凝胶，然后置于烘箱中，120℃-130℃下反应10h-12h，自然冷却至室温；
步骤7、然后经过体积浓度为95％的乙醇溶液洗涤离心至少3次，烘干，得到棒状Ag@BST核壳粒子。
进一步地限定，步骤1中将1.5g-2g乙酸钡和0.5g-1g乙酸锶混合后溶于10mL-20mL的乙酸中；步骤2中将3g-4g钛酸四丁酯溶于5mL-10mL的无水乙醇中；步骤4中棒状Ag粉体的加入量为3.5g-4g；步骤6向聚四氟乙烯内衬的不锈钢釜中放入25mL-35mL浓度为6M-8M的KOH溶液。
进一步地限定，步骤5中离心速率为3000r/min-4000r/min。
进一步地限定，步骤5中烘干温度为80℃-100℃。
进一步地限定，步骤7中离心速率为3000r/min-4000r/min。
进一步地限定，步骤7中烘干温度为80℃-100℃。
上述方法制备的棒状Ag@BST核壳粒子用作高介电复合材料的填料，用于制作微电容器。
本发明方法将棒状纳米银和钛酸锶钡复合后，通过引入绝缘层来有效降低导电材料之间的接触，并且规范载荷子的路径，防止大范围漏电流的发生，进而在提高复合材料介电常数的同时有效降低介电损耗。
本发明制备的高介电棒状Ag@Ba0.6Sr0.4TiO核壳粒子，将其应用于制备嵌入式微电容器中，能有效增加其与主板聚合物的相容性，以及有效提高其的电容性、存储能力和导电性，为微型嵌入式电容的开发提供一种新技术。
本发明棒状Ag@Ba0.6Sr0.4TiO3粉体在可以提高介电常数的同时并且保持一定的击穿场强，这种新型复合材料具有良好的介电性能和储能性能，在静电电容器等储能应用领域具有巨大的潜力。
本发明制备的高介电棒状Ag@Ba0.6Sr0.4TiO核壳粒子，用Ba0.6Sr0.4TiO包覆棒状纳米银作为填料，能减少导电填料之间的接触进而减少漏电流的发生，降低介电损耗，从而提高了材料的介电性能。
附图说明
图1是棒状Ag粉体的扫描电镜图；
图2是棒状Ag@Ba0.6Sr0.4TiO核壳粒子的透射电镜图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例使用的棒状Ag粉体是按下述步骤制备的：
步骤一、取100mL乙二醇，搅拌下以5℃/min升温速率将反应温度升温至160℃，保温1h；
步骤二、然后加入0.002g氯化钠，继续保温反应30min；
步骤三、再加入聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液，当反应至温度回升至160℃时，以144mL/min的滴加速度逐滴滴加硝酸银的乙二醇溶液，保温反应1h；
步骤三中所述聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液是将3.5g聚乙烯吡咯烷酮溶于70mL乙二醇中，混匀后制得的，硝酸银的乙二醇溶液是将1.5g硝酸银溶于70mL乙二醇中，混匀后制得的；
步骤四、然后经过体积浓度为95％的乙醇溶液洗涤离心3次，在80℃烘干10h，得到棒状银粉体；
其中，整个过程是在搅拌下进行的，搅拌速率为8000r/min。
棒状Ag粉体如图1。
棒状纳米Ag平均长度在10μm，平均直径在200nm。
本实施中棒状Ag@Ba0.6Sr0.4TiO3核壳粒子的的方法是通过下述步骤完成的：
步骤1、将1.5g乙酸钡和0.5g乙酸锶溶于10mL乙酸中，在40℃下以7000r/min速率搅拌30min，获得溶液A；
步骤2、将3g钛酸四丁酯溶于5mL无水乙醇中，室温下以7000r/min速率搅拌30min，获得溶液B；
步骤3、室温下将溶液B逐滴滴加到溶液A中，室温下以7000r/min速率搅拌1h，得到BST溶胶；
步骤4、将3.5g本实施例制得的棒状Ag粉体加入到步骤3获得的BST溶胶中，60℃下超声2h；
步骤5、然后经过体积浓度为95％的乙醇溶液洗涤离心3次，在80℃下烘干10h，得到Ag@BST的干凝胶；
步骤6、向聚四氟乙烯内衬的不锈钢釜中放入25mL浓度为6M的KOH溶液，然后加入步骤5获得的Ag@BST干凝胶，然后置于烘箱中，120℃下反应10h，自然冷却至室温；
步骤7、然后经过体积浓度为95％的乙醇溶液洗涤离心处理3次，在80℃烘干10h，得到棒状Ag@Ba0.6Sr0.4TiO3核壳粒子。
棒状Ag@BST核壳粒子如图2所示。
采用棒状Ag@BST核壳粒子用作填料，并与聚偏氟乙烯基体进行复合，得到高介电聚合物基复合材料，这时复合材料可以提供较高的介电常数并且具有优异的机械性和加工性，进而制成嵌入式微型电容器，能够很好的嵌入电路板中，这样不仅大幅度降低电路板面积，同时提高了产品的运行速率和稳定性，降低了成本。
实施例2：
本实施例使用的棒状Ag粉体是按下述步骤制备的：
步骤一、取120mL乙二醇，搅拌下以5℃/min升温速率将反应温度升温至160℃，保温1h；
步骤二、然后加入0.005g氯化钠，继续保温反应20min；
步骤三、再加入聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液，当反应至温度回升至165℃时，以150mL/min的滴加速度逐滴滴加硝酸银的乙二醇溶液，保温反应2h；
步骤三中所述聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液是将4g聚乙烯吡咯烷酮溶于75mL乙二醇中，混匀后制得的，硝酸银的乙二醇溶液是将2g硝酸银溶于80mL乙二醇中，混匀后制得的；
步骤四、然后经过体积浓度为95％的乙醇溶液洗涤离心3次，在95℃下烘干10h，得到棒状银粉体；
其中，整个过程是在搅拌下进行的，搅拌速率为8000r/min，步骤5中离心速率为3000r/min；步骤7中离心速率为3000r/min。
本实施中棒状Ag@BST核壳粒子的的方法是通过下述步骤完成的：
步骤1、将2g乙酸钡和1g乙酸锶溶于15mL乙酸中，在45℃下以7000r/min速率搅拌1h，获得溶液A；
步骤2、将4g钛酸四丁酯溶于10mL无水乙醇中，室温下以7000r/min速率搅拌1h，获得溶液B；
步骤3、室温下将溶液B逐滴滴加到溶液A中，室温下以7000r/min速率搅拌1h，得到BST溶胶；
步骤4、将4g本实施例制得的棒状Ag粉体加入到步骤3获得的BST溶胶中，80℃下超声3h；
步骤5、然后经过体积浓度为95％的乙醇溶液洗涤离心3次，在100℃下烘干10h，得到Ag@BST的干凝胶；
步骤6、向聚四氟乙烯内衬的不锈钢釜中放入30mL浓度为8M的KOH溶液，然后加入步骤5获得的Ag@BST干凝胶，然后置于烘箱中，130℃下反应12h，自然冷却至室温；
步骤7、然后经过体积浓度为95％的乙醇溶液洗涤离心处理3次，在90℃下烘干10h，得到棒状Ag@Ba0.6Sr0.4TiO3核壳粒子。
其中，整个过程是在搅拌下进行的，搅拌速率为7000r/min，步骤5中离心速率为4000r/min；步骤7中离心速率为4000r/min。
