[发明专利]一种铁电聚合物电卡材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铁电聚合物电卡材料及其制备方法，其中铁电聚合物电卡材料为聚偏氟乙烯(PVDF)基铁电聚合物电卡纳米线阵列，该聚偏氟乙烯基铁电聚合物电卡纳米线阵列还内嵌于多孔阳极氧化铝AAO模板中。本发明是将聚偏氟乙烯基铁电聚合物电卡材料控制形成纳米线阵列，并将该纳米线阵列还内嵌于多孔阳极氧化铝AAO模板中，通过溶液浸润法在多孔阳极氧化铝AAO模板中制备该铁电聚合物纳米线阵列，通过对关键的铁电聚合物的形貌、结构、内部微观连接构造等进行改进，与现有技术相比能够有效解决铁电聚合物电卡强度低、电卡材料内的热传导困难、电卡器件的制冷功率密度低等问题。

技术领域

本发明属于制冷技术领域，更具体地，涉及一种铁电聚合物电卡材料及其制备方法，制得的电卡材料可用于新型固态制冷技术，尤其涉及铁电聚合物电卡纳米线阵列及其制备方法。

背景技术

制冷技术被广泛用于工业、军事、医疗和日常生活中。目前绝大多数制冷设备使用传统压缩制冷技术，而这种制冷方式存在制冷效率低、设备难以小型化等问题，并且压缩制冷所使用的制冷剂对环境造成了严重破坏，人们亟待寻找新型的制冷方式。

电卡制冷是一种新型制冷方式。电卡材料利用外加电场来激发其体内的相变，并借助相变引起的吸热作用实现制冷。电卡制冷属于固态制冷、无需对环境有危害的制冷剂，且具有制冷效率高、能耗低、易于小型化等特点，在制冷技术领域受到了广泛关注。近年来，铁电聚合物展现出较强的电卡效应，且易成型、重量轻，是电卡制冷器件和技术的重要材料之一。

然而，铁电聚合物电卡强度较低(即较强的电卡效应须要较高的电场来激发)，这给电卡制冷器件的设计带来了极大的难度，并使器件的稳定性和可靠性降低；与此同时，铁电聚合物的热导率低，电卡材料内的热传导困难，严重制约了电卡器件的制冷功率密度。因此，开发在低电场下具有强电卡效应和良好导热能力的电卡材料具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种铁电聚合物电卡材料及其制备方法，其中通过对关键的铁电聚合物的形貌、结构、内部微观连接构造(尤其是相对应的热传导微观机制)，以及对应制备方法的整体流程设计及各个关键步骤的条件与参数等进行改进，与现有技术相比能够有效解决铁电聚合物电卡强度低、电卡材料内的热传导困难、电卡器件的制冷功率密度低等问题，本发明是将聚偏氟乙烯基铁电聚合物电卡材料控制形成纳米线阵列，并将该纳米线阵列还内嵌于多孔阳极氧化铝AAO模板中，通过溶液浸润法在多孔阳极氧化铝AAO模板中制备该铁电聚合物纳米线阵列，一方面利用AAO多孔模板的纳米应力限制效应诱导铁电聚合物结晶行为的改变从而提升其电卡效应，另一方面将热导率高的AAO管壁作为高速导热通道，加速电卡材料与冷热端的热传递、提高电卡材料在工作中的制冷功率密度，使得铁电聚合物电卡材料在较低的电场下具有较强的电卡效应和良好的热传导能力，是一种尤其适用于新型固体制冷的铁电聚合物电卡材料。并且，本方法的制备工艺简单、易于实施，在电卡制冷领域有着重要的使用价值和良好的应用前景。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种铁电聚合物电卡材料，其特征在于，该铁电聚合物电卡材料为聚偏氟乙烯(PVDF)基铁电聚合物电卡纳米线阵列，该聚偏氟乙烯基铁电聚合物电卡纳米线阵列还内嵌于多孔阳极氧化铝AAO模板中。

作为本发明的进一步优选，所述聚偏氟乙烯基铁电聚合物为聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))，或聚偏氟乙烯-三氟乙烯-氯代偏氟乙烯(P(VDF-TrFE-CFE))；

优选的，所述多孔阳极氧化铝AAO模板的孔径为30纳米～450纳米，厚度为10微米～500微米。

按照本发明的另一方面，本发明提供了一种铁电聚合物电卡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、对多孔阳极氧化铝AAO模板进行退火处理；

B、以聚偏氟乙烯(PVDF)基铁电聚合物为原料，将该原料溶于溶剂，得到均匀混合的铁电聚合物溶液；