多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，特别涉及一种多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料及其制备方法。

背景技术

多层压电陶瓷执行器应用领域较为广泛，可以应用于精密力学及机械工程、生命科学、医学及生物学、气/液压阀、纳米定位/高速开关和主动、自适应光学等领域，多层压电陶瓷执行器的安全可靠使用对生产生活有着重要的作用。

电极材料的性质是决定超级电容器件性能是否优异的关键因素，碳材料是比导电聚合物和金属氧化物应用的更早、更广泛的材料，近些年虽然有众多研究者对常见的用于超级电容器的碳材料做了大量研究，但仍然难以取得突破性的进展。单一的碳材料往往因为自身的局限性，或是导电性差，或是有效比表面积不高等，将其作为超级电容器电极时难以表现出优异的性能。

基于降低成本的考虑，发展Ni、Cu等贱金属作为内电极(BME)材料以代替Ag、Pd等贵金属是压电陶瓷执行器的一个重要方向。Ni、Cu等金属在空气中烧结会发生氧化，失去作为内电极的作用。虽然压电陶瓷执行器烧结的主要流程多使用中性或还原性气氛，但在器件排胶过程中的弱氧化性气氛对贱金属内电极的影响仍比较显著。电子元器件小型化、高性能的发展趋势要求贱金属内电极多层陶瓷执行器朝着大容量、超薄层的方向发展，金属粒度进一步减小到300纳米甚至100纳米时，金属电极材料氧化问题和热膨胀不匹配问题进一步突出，如何优化贱金属内电极层的抗氧化性能，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料及其制备方法，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料，所述内电极材料由基材、包覆于基材外表面的涂覆料和贱金属纳米颗粒组成，所述涂覆料层由多孔生物质炭材料和活性辅助溶剂混合而成；

所述基材采用压电单晶或压电薄膜中的一种，所述基材的厚度为1-500μm；

所述活性辅助溶剂为丁苯橡胶乳液与羟基苯磺酸、苯二磺酸或苯二磺酸盐中的一种或几种的混合。

优选的，所述多孔生物质炭材料的制备方法为：

①.取若干废弃水稻秸秆、将其表面洗干净并晾干，得到多孔生物质炭材料的原材料，备用；

②.将上述步骤中得到的原材料在惰性气体的保护下进行热解，并在热解后的材料中加入去离子水进行充分混合，得到混合溶液；

③.将混合溶液至于温度不低于110℃的烘干机中进行烘干，得到多孔碳粉末；

④.加工得到的多孔碳粉末进行冷却，置于盐酸溶液中浸泡2-3h，去除烘干，得到多孔生物质炭材料。

优选的，所述涂覆料的制备方法为：取活性辅助溶剂与洁净容器中，向其中加入所述多孔生物质炭材料进行混合，并加入有机溶剂，然后将混合后的溶液至于超声分散机中进行超声分散处理30min，即得到混合均匀的涂覆料。

优选的，所述有机溶剂为乙醇、丙醇或异丙醇中的任意一种，所述多孔生物质炭材料与活性辅助溶剂的料液比例为15-30g：100ml。

优选的，所述贱金属材料采用铜或镍中的一种。

优选的，所述贱金属纳米颗粒的粒径为50-500nm。

上述多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料的制备方法，其具体制备步骤如下：

a、准备基材，制备涂覆料；

b、对基材表面进行清洗，保持基材表面的洁净程度；

c、将贱金属纳米颗粒放置于制备好的涂覆料中，加入助溶剂，并对其进行充分搅拌混合，使贱金属纳米颗粒充分均匀分布于涂覆料中，得到贱金属纳米颗粒涂覆料溶液；

d、将贱金属纳米颗粒涂覆料溶液均匀涂布在基材表面，保持其厚度不低于20μm，得到半成品；

e、将上述步骤中得到的半成品放置于真空干燥剂内进行干燥，即得所述多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料。

优选的，所述步骤c中的助溶剂采用柠檬酸铵、聚丙烯酸马来酸酐、丙三醇、聚马来酸酐、聚乙烯基吡咯烷酮、长链季铵碱和聚天冬氨酸中的至少一种，所述步骤e中，烘干温度为110-150℃，烘干时间为2-2.5h。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明公开的一种多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料及其制备方法，通过在涂覆料内添加多孔生物质炭材料，多孔生物质碳材料由废弃水稻秸秆制得，原材料易得，环保性强，有效的降低了成本，增强了电机材料的导电性，有效提高了固体导电物料与基体材料的附着力，避免导电物的脱落，从而保证电极材料的导电效果；通过添加贱金属纳米颗粒，能够在保证电极材料具有良好的导电性能的同时，还具有较强的抗氧化能力。

附图说明

图1为本发明一种多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料的备方法的流程图；

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1

一种多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料，所述内电极材料由基材、包覆于基材外表面的涂覆料和贱金属纳米颗粒组成，所述涂覆料层由多孔生物质炭材料和活性辅助溶剂混合而成；

所述基材采用压电单晶或压电薄膜中的一种，所述基材的厚度为100μm；

所述活性辅助溶剂为丁苯橡胶乳液与羟基苯磺酸、苯二磺酸或苯二磺酸盐中的一种或几种的混合。

所述多孔生物质炭材料的制备方法为：

①.取若干废弃水稻秸秆、将其表面洗干净并晾干，得到多孔生物质炭材料的原材料，备用；

②.将上述步骤中得到的原材料在惰性气体的保护下进行热解，并在热解后的材料中加入去离子水进行充分混合，得到混合溶液；

③.将混合溶液至于温度不低于110℃的烘干机中进行烘干，得到多孔碳粉末；

④.加工得到的多孔碳粉末进行冷却，置于盐酸溶液中浸泡2-3h，去除烘干，得到多孔生物质炭材料。

所述涂覆料的制备方法为：取活性辅助溶剂与洁净容器中，向其中加入所述多孔生物质炭材料进行混合，并加入有机溶剂，然后将混合后的溶液至于超声分散机中进行超声分散处理30min，即得到混合均匀的涂覆料。

所述有机溶剂为乙醇、丙醇或异丙醇中的任意一种，所述多孔生物质炭材料与活性辅助溶剂的料液比例为15g：100ml。

所述贱金属材料采用铜或镍中的一种；所述贱金属纳米颗粒的粒径为50nm。

上述多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料的制备方法，其具体制备步骤如下：

a、准备基材，制备涂覆料；

b、对基材表面进行清洗，保持基材表面的洁净程度；

c、将贱金属纳米颗粒放置于制备好的涂覆料中，加入助溶剂，并对其进行充分搅拌混合，使贱金属纳米颗粒充分均匀分布于涂覆料中，得到贱金属纳米颗粒涂覆料溶液；

d、将贱金属纳米颗粒涂覆料溶液均匀涂布在基材表面，保持其厚度为20μm，得到半成品；

e、将上述步骤中得到的半成品放置于真空干燥剂内进行干燥，即得所述多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料。

所述步骤c中的助溶剂采用柠檬酸铵、聚丙烯酸马来酸酐、丙三醇、聚马来酸酐、聚乙烯基吡咯烷酮、长链季铵碱和聚天冬氨酸中的至少一种，所述步骤e中，烘干温度为110-150℃，烘干时间为2-2.5h。

实施例2

一种多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料，所述内电极材料由基材、包覆于基材外表面的涂覆料和贱金属纳米颗粒组成，所述涂覆料层由多孔生物质炭材料和活性辅助溶剂混合而成；

所述基材采用压电单晶或压电薄膜中的一种，所述基材的厚度为200μm；

所述活性辅助溶剂为丁苯橡胶乳液与羟基苯磺酸、苯二磺酸或苯二磺酸盐中的一种或几种的混合。

所述多孔生物质炭材料的制备方法为：

①.取若干废弃水稻秸秆、将其表面洗干净并晾干，得到多孔生物质炭材料的原材料，备用；

②.将上述步骤中得到的原材料在惰性气体的保护下进行热解，并在热解后的材料中加入去离子水进行充分混合，得到混合溶液；

③.将混合溶液至于温度不低于110℃的烘干机中进行烘干，得到多孔碳粉末；

④.加工得到的多孔碳粉末进行冷却，置于盐酸溶液中浸泡2-3h，去除烘干，得到多孔生物质炭材料。

所述涂覆料的制备方法为：取活性辅助溶剂与洁净容器中，向其中加入所述多孔生物质炭材料进行混合，并加入有机溶剂，然后将混合后的溶液至于超声分散机中进行超声分散处理30min，即得到混合均匀的涂覆料。

所述有机溶剂为乙醇、丙醇或异丙醇中的任意一种，所述多孔生物质炭材料与活性辅助溶剂的料液比例为20g：100ml。

所述贱金属材料采用铜或镍中的一种；所述贱金属纳米颗粒的粒径为150nm。

上述多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料的制备方法，其具体制备步骤如下：

a、准备基材，制备涂覆料；

b、对基材表面进行清洗，保持基材表面的洁净程度；

c、将贱金属纳米颗粒放置于制备好的涂覆料中，加入助溶剂，并对其进行充分搅拌混合，使贱金属纳米颗粒充分均匀分布于涂覆料中，得到贱金属纳米颗粒涂覆料溶液；

d、将贱金属纳米颗粒涂覆料溶液均匀涂布在基材表面，保持其厚度为25μm，得到半成品；

e、将上述步骤中得到的半成品放置于真空干燥剂内进行干燥，即得所述多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料。

所述步骤c中的助溶剂采用柠檬酸铵、聚丙烯酸马来酸酐、丙三醇、聚马来酸酐、聚乙烯基吡咯烷酮、长链季铵碱和聚天冬氨酸中的至少一种，所述步骤e中，烘干温度为110-150℃，烘干时间为2-2.5h。

实施例3

一种多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料，所述内电极材料由基材、包覆于基材外表面的涂覆料和贱金属纳米颗粒组成，所述涂覆料层由多孔生物质炭材料和活性辅助溶剂混合而成；

所述基材采用压电单晶或压电薄膜中的一种，所述基材的厚度为250μm；

所述活性辅助溶剂为丁苯橡胶乳液与羟基苯磺酸、苯二磺酸或苯二磺酸盐中的一种或几种的混合。

所述多孔生物质炭材料的制备方法为：

①.取若干废弃水稻秸秆、将其表面洗干净并晾干，得到多孔生物质炭材料的原材料，备用；

②.将上述步骤中得到的原材料在惰性气体的保护下进行热解，并在热解后的材料中加入去离子水进行充分混合，得到混合溶液；

③.将混合溶液至于温度不低于110℃的烘干机中进行烘干，得到多孔碳粉末；

④.加工得到的多孔碳粉末进行冷却，置于盐酸溶液中浸泡2-3h，去除烘干，得到多孔生物质炭材料。

所述涂覆料的制备方法为：取活性辅助溶剂与洁净容器中，向其中加入所述多孔生物质炭材料进行混合，并加入有机溶剂，然后将混合后的溶液至于超声分散机中进行超声分散处理30min，即得到混合均匀的涂覆料。

所述有机溶剂为乙醇、丙醇或异丙醇中的任意一种，所述多孔生物质炭材料与活性辅助溶剂的料液比例为25g：100ml。

所述贱金属材料采用铜或镍中的一种；所述贱金属纳米颗粒的粒径为300nm。

上述多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料的制备方法，其具体制备步骤如下：

准备基材，制备涂覆料；

a、对基材表面进行清洗，保持基材表面的洁净程度；

b、将贱金属纳米颗粒放置于制备好的涂覆料中，加入助溶剂，并对其进行充分搅拌混合，使贱金属纳米颗粒充分均匀分布于涂覆料中，得到贱金属纳米颗粒涂覆料溶液；

c、将贱金属纳米颗粒涂覆料溶液均匀涂布在基材表面，保持其厚度为30μm，得到半成品；

d、将上述步骤中得到的半成品放置于真空干燥剂内进行干燥，即得所述多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料。

所述步骤c中的助溶剂采用柠檬酸铵、聚丙烯酸马来酸酐、丙三醇、聚马来酸酐、聚乙烯基吡咯烷酮、长链季铵碱和聚天冬氨酸中的至少一种，所述步骤e中，烘干温度为110-150℃，烘干时间为2-2.5h。

对上述实施例中所制得的贱金属内电极材料的导电性和耐氧化性进行试验，其所得结果表示，本发明公开的一种多层压电陶瓷执行器用贱金属内电极材料及其制备方法，能够在保证电极材料具有良好的导电性能的同时，还具有较强的抗氧化能力。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。