(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210657086.X (22)申请日 2022.06.10 (71)申请人 西北大学 地址 710069 陕西省西安市太白北路2 29号 (72)发明人 赵丽丽　张静茹　孙雪磊　张林婷　 房蕊　崔斌　 (74)专利代理 机构 西安恒泰知识产权代理事务 所 61216 专利代理师 孙雅静 (51)Int.Cl. C08J 5/18(2006.01) C08L 27/16(2006.01) C08K 9/10(2006.01) C08K 3/24(2006.01) C08K 3/22(2006.01)H01G 4/12(2006.01) H01G 4/14(2006.01) (54)发明名称 一种元素掺杂的BCZT/PVDF核壳材料、 柔性 膜、 制备方法及电容器 (57)摘要 本发明公开了一种元素掺杂的BCZT/PVDF核 壳材料、 柔性膜、 制备方法及电容器， 以锆钛酸钡 钙Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3(BCZT)作为无机填料， 以Y、 Mn为掺杂原料， 以ZrO2、 DA分别作为无机和 有机包覆材料， 聚偏氟乙烯(PVDF)作为有机基体 的BCZT/PVDF复合材料， 显著提高柔性电容器的 储能密度， 该柔性电容器的介电常数可以达到 22.8， 通过溶胶 ‑凝胶‑水热法制 备BCZT粉体， 再 通过溶胶沉淀法和自聚合反应进行核壳包覆， 再 由溶液共混流延法制备BCZT/PVDF复合膜， 附加 电极制备柔性电容器。 复合填料含量较少 (10wt.％)， 保持了 无机材料的柔韧性， 节省了 经 济成本。 同时， BCZT是环境友好型铁电材料， 能够 有效缓解含铅电容器报 废对环境污染的问题。 权利要求书2页 说明书8页 附图6页 CN 115028864 A 2022.09.09 CN 115028864 A 1.一种元 素掺杂的BCZT/PVDF核壳材 料， 其特征在于， 包括： 掺杂Y元素的BCZT为核或壳， 掺杂Mn元 素的BCZT为壳或核， 形成第一核壳； 第一核壳外依次包覆ZrO2层和DA层， 后与PVDF复合； 按掺杂元素的百分摩尔量计， Y元素的掺杂量为0.3mol％， Mn元素的掺杂量为1～ 4mol％。 2.根据权利要求1所述的元素掺杂的BCZT/PVDF核壳材料， 其特征在于， 所述的Mn元素 的掺杂量 为1、 2、 3或4mo l％。 3.根据权利要求1或2所述的元素掺杂的BCZT/PVDF核壳材料， 其特征在于， 所述的第一 核壳的粒径为70～1 10nm； ZrO2层的厚度为2 ～4nm， DA层的厚度为8～ 9nm； 按BCZT与PVDF的质量比计， BCZT： PVDF＝1:10 。 4.一种元素掺杂的BCZT/PVDF核壳材料的制备方法， 其特征在于， 所述的元素掺杂的 BCZT/PVDF核 壳材料为权利要求1 ‑3任一所述的元素掺杂的BCZT/PVDF核 壳材料； 制备方法 包括： 步骤一、 溶胶 ‑凝胶‑水热法制备BCZT粉体： 将配方量的醋酸钡、 醋酸钙和水混合， 再掺 入含Y或Mn的化合物得到含Y溶液A或含Mn溶液A； 配方量的乙酸、 乙醇、 钛酸丁酯、 正丁醇锆 和乙酰丙酮混合得到溶液B； 含Y溶液A或含Mn溶液A与溶液B混合制备含Y的BCZT凝胶或含Mn 的BCZT凝胶， 干燥后与碱性溶液混合进行水热反应， 清洗干燥后得到含Y的BCZT粉体或含Mn 的BCZT粉体； 步骤二、 溶胶沉淀法制备Y和Mn掺杂的核壳结构BCZT粉体： 含Mn的BCZT粉体加入到含Y 溶液A中， 或含Y的BCZT粉体加入到含Mn溶液A中； 再与溶液B混合得到凝胶， 凝胶在高温下反 应后得到 Y和Mn掺杂的核壳结构BCZT粉体； 步骤三、 采用沉淀法和自聚合 反应对Y和Mn掺杂的核壳结构BCZT粉体分别包覆ZrO2层和 DA层， 后再与PVDF进行复合即得 元素掺杂的BCZT/PVDF核壳材 料。 5.根据权利要求4所述的元素掺杂的BCZT/PVDF核壳材料的制备方法， 其特征在于， 所 述的步骤三具体包括： 3.1、 将PVDF粉体溶于有机溶剂， 获得PVDF 溶液； 3.2、 将步骤二制备的Y和Mn掺杂的核壳结构BCZT粉体包覆ZrO2层和DA层后加入到PVDF 溶液中， 搅拌均匀， 即得 元素掺杂的BCZT/PVDF核壳材 料。 6.根据权利要求4所述的元素掺杂的BCZT/PVDF核壳材料的制备方法， 其特征在于， 所 述的3.1中， 有机溶剂为 N,N‑二甲基甲酰胺， 溶解温度为室温， 溶解时间为6～7.5 h。 7.根据权利要求4所述的元素掺杂的BCZT/PVDF核壳材料的制备方法， 其特征在于， 所 述的3.2中搅拌温度为室温， 搅拌时间为6 h。 8.一种元素掺杂的BCZT/PVDF柔性膜， 其特征在于， 所述的元素掺杂的BCZT/PVDF柔性 膜由权利要求1 ‑3任一所述的元 素掺杂的BCZT/PVDF核壳材 料复合而成； 具体包括： 元素掺杂的BCZT/PVDF核壳材料溶于有机溶剂后进行流延或涂覆 成膜， 制成 BCZT/PVDF柔 性膜。 9.根据权利要求8所述的元 素掺杂的BCZT/PVDF柔 性膜， 其特 征在于， 具体包括： 步骤一、 溶胶 ‑凝胶‑水热法制备BCZT粉体： 将配方量的醋酸钡、 醋酸钙和水混合， 再掺权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115028864 A 2入含Y或Mn的化合物得到含Y溶液A或含Mn溶液A； 配方量的乙酸、 乙醇、 钛酸丁酯、 正丁醇锆 和乙酰丙酮混合得到溶液B； 含Y溶液A或含Mn溶液A与溶液B混合制备含Y的BCZT凝胶或含Mn 的BCZT凝胶， 干燥后与碱性溶液混合进行水热反应， 清洗干燥后得到含Y的BCZT粉体或含Mn 的BCZT粉体； 步骤二、 溶胶沉淀法制备Y和Mn掺杂的核壳结构BCZT粉体： 含Mn的BCZT粉体加入到含Y 溶液A中， 或含Y的BCZT粉体加入到含Mn溶液A中； 再与溶液B混合得到凝胶， 凝胶在高温下反 应后得到 Y和Mn掺杂的核壳结构BCZT粉体； 步骤三、 采用沉淀法和自聚合 反应对Y和Mn掺杂的核壳结构BCZT粉体分别包覆ZrO2层和 DA层， 后溶解于有机溶剂中， 再加入PVDF搅拌均匀， 流延或涂覆成膜后得到元素掺杂的 BCZT/PVDF柔 性膜。 10.一种柔性电容器， 其特征在于， 在权利要求8或9所述的元素掺杂的BCZT/PVDF柔性 膜表面涂覆电极， 制备 得到柔性电容器。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115028864 A 3