壓電駐極體材料及其制備方法
【專利摘要】一種壓電駐極體材料包括復(fù)合膜及電極，復(fù)合膜包括依次層疊的聚合物層及彈性形變層，其中聚合物層由駐極體材料制成，用于存儲(chǔ)電荷，彈性形變層由彈性材料制成。電極由導(dǎo)電材料形成，包括形成于復(fù)合膜相對(duì)兩側(cè)的第一電極及第二電極。當(dāng)壓電駐極體材料受到外部機(jī)械作用時(shí)，彈性形變層產(chǎn)生形變，使電極上的感應(yīng)電荷產(chǎn)生變化，從而在外電路上表現(xiàn)出短路電流或開路電壓，具有較好的壓電性能。壓電駐極體材料無(wú)需經(jīng)過(guò)特殊處理形成閉合的孔洞結(jié)構(gòu)，故而不會(huì)限制壓電駐極體內(nèi)部的電荷儲(chǔ)存量。同時(shí)提供一種壓電駐極體材料的制備方法。
【專利說(shuō)明】壓電駐極體材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功能材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種壓電駐極體材料及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]壓電駐極體(Piezoelectret)是一類兼具壓電特性和駐極體特性的新型機(jī)電/電機(jī)轉(zhuǎn)換材料。這種材料經(jīng)強(qiáng)極化電場(chǎng)作用后內(nèi)部?jī)?chǔ)存有大量空間電荷或取向偶極電荷，當(dāng)表面鍍上金屬電極層后，受到外部機(jī)械作用而產(chǎn)生彈性形變，電極上感應(yīng)電荷相應(yīng)的發(fā)生變化，從而在外電路上表現(xiàn)出短路電流或開路電壓。這種基于聚合物材料的壓電駐極體具有極高的壓電系數(shù)，同時(shí)具有聚合物材料的一般特性，例如質(zhì)量輕、厚度薄、韌性高、材料柔軟易于彎折、適應(yīng)各種環(huán)境、無(wú)毒無(wú)害環(huán)保、可大面積成膜、成本低廉、聲阻抗與人體和水相匹配等等。因此，基于壓電駐極體材料的諸多優(yōu)勢(shì)，其在高端聲學(xué)、人工智能、生物傳感、主動(dòng)降噪、精密探測(cè)、安防醫(yī)療等方面的應(yīng)用前景十分廣闊。
[0003]壓電駐極體綜合了傳統(tǒng)壓電陶瓷和壓電聚合物的突出特性，相較于壓電陶瓷、壓電單晶具有明顯的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，而壓電系數(shù)遠(yuǎn)大于聚偏氟乙烯(PVDF)及其聚合物等有機(jī)壓電材料，一般能達(dá)到500pC/N以上。
[0004]如圖1所示，目前，常見的壓電駐極體薄膜100經(jīng)過(guò)處理，使其薄膜內(nèi)部存在閉合的孔洞結(jié)構(gòu)110，閉合的孔洞結(jié)構(gòu)110上下表面分別沉積有正負(fù)電荷，且電荷量與孔洞結(jié)構(gòu)110密切相關(guān)。但是孔洞結(jié)構(gòu)110限制了兩端電荷量，因?yàn)楫?dāng)兩端電荷量達(dá)到一定量時(shí)會(huì)擊穿孔洞結(jié)構(gòu)Iio中的空氣120。也就是說(shuō)電荷量是有極限的，當(dāng)極性相反的電荷量達(dá)到一定程度時(shí)就會(huì)發(fā)生放電效應(yīng)，從而限制駐極體薄膜中的電荷儲(chǔ)存量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要針對(duì)存在閉合的孔洞結(jié)構(gòu)限制了電荷儲(chǔ)存量的問(wèn)題，提供一種壓電駐極體材料及其制備方法。
[0006]一種壓電駐極體材料，包括:
[0007]復(fù)合膜，包括:
[0008]聚合物層，由駐極體材料制成，用于儲(chǔ)存電荷，所述聚合物層經(jīng)過(guò)極化后儲(chǔ)存的電荷密度大于或等于10_3C/m3 ;及
[0009]彈性形變層，由彈性材料制成，當(dāng)所述彈性形變層受到外力時(shí)可產(chǎn)生彈性形變，所述彈性材料的彈性模量在OMPa?IOOMPa范圍內(nèi)；
[0010]其中，所述聚合物層與彈性形變層依次層疊；
[0011]電極，由導(dǎo)電材料形成，用于連接到壓電應(yīng)用電路中，所述電極包括第一電極及第二電極，所述第一電極及第二電極分別設(shè)置于所述復(fù)合膜的相對(duì)兩側(cè)。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述聚合物層的駐極體材料選自聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚丙烯、全氟烷氧基樹脂、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯或聚萘二甲酸乙二醇酯中的任意一種。[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述彈性形變層的彈性材料選自發(fā)泡聚丙烯塑料、聚氨基甲酸酯泡棉、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物泡棉或氯丁橡膠泡棉中的任意一種。
[0014]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述聚合物層與所述彈性形變層之間還設(shè)置有膠層，所述膠層用于粘合所述聚合物層及所述彈性形變層。
[0015]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述導(dǎo)電材料選自金屬、金屬合金、有機(jī)導(dǎo)電材料、無(wú)機(jī)導(dǎo)電化合物、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電墨水或石墨中的任意一種，所述第一電極及第二電極的厚度為IOnm ?lOOOnm。
[0016]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述彈性形變層與所述電極之間還設(shè)置有輔助層，所述輔助層用于輔助所述彈性形變層與電極貼合。
[0017]一種如以上所述的壓電駐極體材料的制備方法，包括以下步驟:
[0018]提供由駐極體材料制成的聚合物層及由彈性材料制成的彈性形變層，其中所述彈性材料的彈性模量在OMPa?IOOMPa范圍內(nèi)；
[0019]將所述聚合物層與所述彈性形變層貼合以形成復(fù)合膜；
[0020]采用電暈極化、電子束極化或輻射極化方法對(duì)復(fù)合膜進(jìn)行極化，使聚合物層內(nèi)部注入電荷，其中電荷密度大于或等于10_3C/m3 ；
[0021]采用真空鍍膜、絲印、銀膠刮履、轉(zhuǎn)印、噴印或貼導(dǎo)電膜方式分別在所述復(fù)合膜的相對(duì)兩側(cè)分別履上第一電極及第二電極，所述第一電極及第二電極由導(dǎo)電材料形成。
[0022]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述導(dǎo)電材料選自金屬、金屬合金、有機(jī)導(dǎo)電材料、無(wú)機(jī)導(dǎo)電化合物、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電墨水或石墨中的任意一種，所述第一電極及第二電極的厚度為IOnm ?lOOOnm。
[0023]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟將所述聚合物層與所述彈性形變層貼合以形成復(fù)合膜具體地包括以下步驟:
[0024]將彈性形變層繃平整；
[0025]在所述彈性形變層表面噴涂膠水，所述膠水形成膠層；
[0026]將繃平整后的聚合物層覆蓋于所述膠層表面后固化，形成所述復(fù)合膜。
[0027]在其中一個(gè)實(shí)施例中，在所述步驟采用電暈極化、電子束極化或輻射極化方法對(duì)復(fù)合膜進(jìn)行極化，使聚合物層內(nèi)部注入電荷之前還包括步驟:
[0028]在所述彈性形變層背向所述聚合物層的一面形成輔助層，所述輔助層用于輔助所述彈性形變層與電極貼合。
[0029]上述壓電駐極體材料及壓電駐極體材料的制備方法至少包括以下優(yōu)點(diǎn):
[0030]首先，該壓電駐極體材料包括由駐極體材料形成的聚合物層與由彈性材料形成的彈性形變層貼合而形成的復(fù)合膜及鍍?cè)趶?fù)合膜相對(duì)兩側(cè)的電極，當(dāng)壓電駐極體材料受到外部機(jī)械作用時(shí)，彈性形變層產(chǎn)生形變，使電極上的感應(yīng)電荷產(chǎn)生變化，從而在外電路上表現(xiàn)出短路電流或開路電壓，具有較好的壓電性能。壓電駐極體材料無(wú)需經(jīng)過(guò)特殊處理形成閉合的孔洞結(jié)構(gòu)，故而不會(huì)限制壓電駐極體內(nèi)部的電荷儲(chǔ)存量。
[0031]其次，該壓電駐極體材料的制備方法過(guò)程中，無(wú)需經(jīng)過(guò)特殊處理以形成閉合的孔洞結(jié)構(gòu)，降低了制備工藝難度，同時(shí)構(gòu)成壓電駐極體材料的基材可選擇范圍廣泛，及適合于大規(guī)模批量化生產(chǎn)，也易于針對(duì)細(xì)分行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)行定制開發(fā)。【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為【背景技術(shù)】中壓電駐極體薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為第一實(shí)施方式中的壓電駐極體材料的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為制備圖2中的壓電駐極體材料的流程圖；
[0035]圖4為第二實(shí)施方式中的壓電駐極體材料的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖5為制備圖4中壓電駐極體材料的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。
[0038]需要說(shuō)明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說(shuō)明的目的，并不表示是唯一的實(shí)施方式。
[0039]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。
[0040]請(qǐng)參閱圖2，為第一實(shí)施方式中壓電駐極體材料200的結(jié)構(gòu)示意圖。該壓電駐極體材料200包括復(fù)合膜210及電極220。
[0041]復(fù)合膜210包括聚合物層212、膠層214及彈性形變層216。
[0042]聚合物層212由駐極體材料制成，用于儲(chǔ)存電荷。聚合物層212經(jīng)過(guò)極化后儲(chǔ)存的電荷密度大于或等于10_3C/m3。具體地，聚合物層212的駐極體材料可以選自聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene, PTFE)> 氟化乙烯丙烯共聚物(Fluorinated ethylenepropy lene, FEP)、聚丙烯(Polypropy lene, PP)、全氟燒氧基樹脂(Polyf luoroalkoxy, PFA)、聚三氟氯乙烯(polychlorotrif luoroethylene, PCTFE)> 聚偏氟乙烯(PolyvinylideneFluoride, PVDF)或聚萘二 甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate, PEN)中的任意一種。當(dāng)然，在其它的實(shí)施方式中還可以選擇其它駐極體材料。聚合物層的厚度范圍可以為0.1 μ m?2000 μ m。例如，可以為25 μ m。
[0043]膠層214形成于聚合物層212及彈性形變層216之間，用于粘合聚合物層212及彈性形變層216。具體地，膠層214可以為雙組分膠粘劑(也稱AB膠)形成的層狀物。當(dāng)然，膠層214還可以為UV膠等形成的層狀物。膠層214的厚度范圍值為0.001 μ m?10 μ m。
[0044]彈性形變層216形成于膠層214背向聚合物層212的一面。彈性形變層216由彈性材料制成，當(dāng)彈性形變層216受到外力作用時(shí)可產(chǎn)生彈性形變。彈性材料的彈性模量在OMPa?IOOMPa范圍內(nèi)。具體地，彈性形變層216的彈性材料選自發(fā)泡聚丙烯塑料(Expandedpolypropylene, EPP)、聚氨基甲酸酯泡棉(polyurethane, PU)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物泡棉(ethylene-vinyl acetate copolymer, EVA)或氯丁橡膠泡棉(Chloroprene Rubber, CR)中的任意一種。當(dāng)然，在其它的實(shí)施方式中，還可以為其它彈性材料。彈性形變層216的厚度范圍可以為10 μ m?10000 μ m。例如,可以為75 μ m。
[0045]電極220由導(dǎo)電材料形成，用于連接到壓電應(yīng)用電路中。復(fù)合膜210的相對(duì)兩側(cè)都形成有電極220，分別為第一電極222及第二電極224。具體地，導(dǎo)電材料可以選自選自金屬、金屬合金、有機(jī)導(dǎo)電材料、無(wú)機(jī)導(dǎo)電化合物、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電墨水或石墨中的任意一種。第一電極222及第二電極224的厚度可以為IOnm?lOOOnm。例如，第一電極222及第二電極 224 的厚度 80nm、IOOnm 或 150nm。
[0046]請(qǐng)參閱圖3，上述第一實(shí)施方式中的壓電駐極體材料200的制備方法步驟，包括以下步驟:
[0047]步驟S210，提供由駐極體材料制成的聚合物層212及由彈性材料制成的彈性形變層216，其中彈性材料的彈性模量在OMPa?IOOMPa范圍內(nèi)。
[0048]其中駐極體材料可以選自聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene, PTFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(Fluorinated ethylene propylene, FEP)、聚丙烯(Polypropylene, PP)、全氟燒氧基樹脂(Polyfluoroalkoxy, PFA)、聚三氟氯乙烯(polychlorotrifluoroethylene,PCTFE )>聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride, PVDF)或聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate, PEN)中的任意一種。聚合物層212的厚度范圍可以為
0.1 μ m?2000 μ m。例如，可以為25 μ m。
[0049]彈性形變層216的彈性材料選自發(fā)泡聚丙烯塑料(Expanded polypropylene,EPP)、聚氨基甲酸酯泡棉(polyurethane, PU)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物泡棉(ethylene-vinyl acetate copolymer, EVA)或氯丁橡膠泡棉(Chloroprene Rubber, CR)中的任意一種。彈性形變層216的厚度范圍可以為10 μ m?10000 μ m。例如,可以為75 μ m。
[0050]步驟S230，將聚合物層212與彈性形變層216貼合以形成復(fù)合膜210。具體地，當(dāng)聚合物層212的熔點(diǎn)高于彈性形變層216或熱熔融合難以復(fù)合時(shí)，可以采用黏合的方式使聚合物層212與彈性形變層216貼合。具體包括以下步驟:
[0051]步驟S232，將彈性形變層216繃平整。
[0052]步驟S234，在彈性形變層216表面上噴涂膠水，膠水形成膠層214。
[0053]步驟S236，將繃平整的聚合物層212覆蓋于膠層214表面上，然后固化，得到復(fù)合膜 210。
[0054]步驟S250，采用電暈極化、電子束極化或輻射極化方法對(duì)復(fù)合膜210進(jìn)行極化，使聚合物層212內(nèi)部注入電荷，其中電荷密度大于或等于10_3C/m3。通常采用電暈極化方法，具體地，將復(fù)合膜210的一面正對(duì)極化針，極化電壓可以調(diào)節(jié)，從負(fù)壓源電壓_50kV?-5kV，正壓源電壓+5kV?+IOOkV不等,極化時(shí)間IOs?lOmin。為提高極化穩(wěn)定性,也可以選擇電子束極化方法，具體地，聚合物層212單面或鍍電極后放入真空腔室內(nèi)，接好電極與極化電路，以一定能量的單能電子束輻照，完成極化，電子束能的范圍可以為IOkeV?IOOkeV不等，極化時(shí)間Is?Imin。
[0055]步驟S270，采用真空鍍膜、絲印、銀膠刮履、轉(zhuǎn)印、噴印或貼導(dǎo)電膜方式分別在復(fù)合膜的相對(duì)兩側(cè)分別履上第一電極222及第二電極224,第一電極222及第二電極224由導(dǎo)電材料形成。具體地，導(dǎo)電材料可以選自選自金屬、金屬合金、有機(jī)導(dǎo)電材料、無(wú)機(jī)導(dǎo)電化合物、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電墨水或石墨中的任意一種。第一電極及第二電極的厚度可以為IOnm?lOOOnm。例如，第一電極222及第二電極224的厚度80nm、IOOnm或150nm。
[0056]當(dāng)與電極直接接觸的層(本實(shí)施方式中為聚合物層及彈性形變層與電極直接接觸)為多孔材料且為通孔膜時(shí)，可以采用銀膠刮履、轉(zhuǎn)印等方式在其上形成電極。當(dāng)與電極直接接觸的層為其它材料時(shí)，可以采用真空鍍膜、絲印、銀膠刮履、轉(zhuǎn)印、噴印或貼導(dǎo)電膜等方式在其上形成電極。
[0057]上述壓電駐極體材料200及其制備方法，至少包括以下優(yōu)點(diǎn):
[0058]首先，該壓電駐極體材料200包括由駐極體材料形成的聚合物層212與由彈性材料形成的彈性形變層216貼合而形成的復(fù)合膜210及鍍?cè)趶?fù)合膜210相對(duì)兩側(cè)的電極220，當(dāng)壓電駐極體材料受到外部機(jī)械作用時(shí)，彈性形變層216產(chǎn)生形變，使電極220上的感應(yīng)電荷產(chǎn)生變化，從而在外電路上表現(xiàn)出短路電流或開路電壓，具有較好的壓電性能。壓電駐極體材料200無(wú)需經(jīng)過(guò)特殊處理形成閉合的孔洞結(jié)構(gòu)，故而不會(huì)限制壓電駐極體內(nèi)部的電荷儲(chǔ)存量。同時(shí)壓電駐極體材料可穩(wěn)定工作環(huán)境的溫度大于100°C。
[0059]其次，該壓電駐極體材料的制備方法過(guò)程中，無(wú)需經(jīng)過(guò)特殊處理以形成閉合的孔洞結(jié)構(gòu)，降低了制備工藝難度，同時(shí)構(gòu)成壓電駐極體材料的基材可選擇范圍廣泛，及適合于大規(guī)模批量化生產(chǎn)，也易于針對(duì)細(xì)分行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)行定制開發(fā)。
[0060]需要指出的是，在其它的實(shí)施方式中，當(dāng)聚合物層的熔點(diǎn)低于彈性形變層且容易復(fù)合時(shí)，采用熱熔融合的方式進(jìn)行貼合。此時(shí)，可以省略膠層，采用直接貼合聚合物層及彈性形變層。具體地，將聚合物層及彈性形變層平整層疊并置于兩片金屬平板之間，然后將層疊好后的聚合物層及彈性形變層放置于平板熱壓機(jī)上。打開熱壓機(jī)，設(shè)置熱壓機(jī)的工作溫度，保證熱壓機(jī)的工作溫度不高于彈性形變層的熔點(diǎn)，壓力為0.1MPa — 5MPa。程序控制到達(dá)目標(biāo)溫度后，保壓2min-20min，然后自動(dòng)冷卻回至常溫，最后取出樣品得到復(fù)合好的復(fù)合膜。
[0061]當(dāng)然，當(dāng)聚合物層選擇駐極體膠帶薄膜、彈性形變層選擇高彈性膠帶薄膜時(shí)，也可以省去膠層。那么涂布膠水的步驟也可以省略。當(dāng)聚合物層選擇導(dǎo)電駐極體材料、彈性形變層選擇導(dǎo)電泡棉時(shí)，還可以省略電極。
[0062]請(qǐng)參閱圖4，為第二實(shí)施方式的壓電駐極體材料300的結(jié)構(gòu)示意圖。具體到本實(shí)施方式中，壓電駐極體材料300包括復(fù)合膜310、輔助層320及電極330。
[0063]具體到本實(shí)施方式中，復(fù)合膜310及電極330的具體結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式中相同，這里不再贅述。電極330包括第一電極332及第二電極334。與第一實(shí)施方式不同的地方在于彈性形變層316與第二電極334之間還形成有輔助層320，輔助層320用于輔助彈性形變層316與第二電極334之間的貼合。當(dāng)彈性形變層316的材料表面為通孔結(jié)構(gòu)或者彈性形變層316表面難以履電極時(shí)，可在彈性形變層316與第二電極334之間增加輔助層320，有助于第二電極334更吻合的履于彈性形變層316表面。具體地，輔助層320的材料可選自PET、PP、PVC或PI，輔助層320的厚度范圍可以為0.1 μ m?2000 μ m。
[0064]請(qǐng)參閱圖5，為第二實(shí)施方式中壓電駐極體材料的制備方法。該制備方法主要包括以下步驟:
[0065]步驟S310，提供由駐極體材料制成的聚合物層312及由彈性材料制成的彈性形變層316，其中彈性材料的彈性模量在OMPa?IOOMPa范圍內(nèi)。具體地與步驟S210相同。
[0066]步驟S330，將所述聚合物層312與所述彈性形變層316貼合以形成復(fù)合膜310。具體地與步驟S230相同。
[0067]步驟S340，在彈性形變層316背向聚合物層312的一面形成輔助層320，輔助層320用于輔助彈性形變層316與第二電極332貼合。當(dāng)彈性形變層316的材料表面為通孔結(jié)構(gòu)或者彈性形變層316表面難以履電極時(shí)，在彈性形變層316與第二電極334之間增加輔助層320，有助于第二電極332更吻合的履于彈性形變層316表面。具體地，彈性輔助層316的材料可選自PET、PP、PVC或PI，輔助層320的厚度范圍可以為0.1 μ m?2000 μ m。
[0068]步驟S350，采用電暈極化、電子束極化或輻射極化方法對(duì)復(fù)合膜310進(jìn)行極化，使聚合物層312內(nèi)部注入電荷，其中電荷密度大于或等于10_3C/m3。具體地與步驟S250相同。
[0069]步驟S370，采用真空鍍膜、絲印、銀膠刮履、轉(zhuǎn)印、噴印或貼導(dǎo)電膜方式分別在輔助層320及聚合物層312的表面履上第一電極332及第二電極334，第一電極332及第二電極334由導(dǎo)電材料形成。具體地，導(dǎo)電材料可以選自選自金屬、金屬合金、有機(jī)導(dǎo)電材料、無(wú)機(jī)導(dǎo)電化合物、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電墨水或石墨中的任意一種。第一電極332及第二電極334的厚度可以為IOnm?lOOOnm。優(yōu)選地，第一電極332及第二電極334的厚度80nm、100nm或150nmo
[0070]當(dāng)與電極直接接觸的層(本實(shí)施方式中為聚合物層及彈性形變層與電極直接接觸)為多孔材料且為通孔膜時(shí)，可以采用銀膠刮履、轉(zhuǎn)印等方式在其上形成電極。當(dāng)與電極直接接觸的層為其它材料時(shí)，可以采用真空鍍膜、絲印、銀膠刮履、轉(zhuǎn)印、噴印或貼導(dǎo)電膜等方式在其上形成電極。
[0071]上述壓電駐極體材料300及其制備方法，至少包括以下優(yōu)點(diǎn):
[0072]首先，該壓電駐極體材料300包括由駐極體材料形成的聚合物層312與由彈性材料形成的彈性形變層316貼合而形成的復(fù)合膜310、形成于彈性形變層316背向聚合物層312的輔助層320及鍍?cè)诰酆衔飳?12及輔助層320表面的電極330，當(dāng)壓電駐極體材料300受到外部機(jī)械作用時(shí)，彈性形變層316產(chǎn)生形變，使電極330上的感應(yīng)電荷產(chǎn)生變化，從而在外電路上表現(xiàn)出短路電流或開路電壓，具有較好的壓電性能。壓電駐極體材料300無(wú)需經(jīng)過(guò)特殊處理形成閉合的孔洞結(jié)構(gòu)，故而不會(huì)限制壓電駐極體內(nèi)部的電荷儲(chǔ)存量。同時(shí)壓電駐極體材料可穩(wěn)定工作環(huán)境的溫度大于100°C。
[0073]其次，該壓電駐極體材料的制備方法過(guò)程中，無(wú)需經(jīng)過(guò)特殊處理以形成閉合的孔洞結(jié)構(gòu)，降低了制備工藝難度，同時(shí)構(gòu)成壓電駐極體材料的基材可選擇范圍廣泛，及適合于大規(guī)模批量化生產(chǎn)，也易于針對(duì)細(xì)分行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)行定制開發(fā)。
[0074]最后，在彈性形變層316與第二電極334之間還設(shè)置輔助層320，當(dāng)彈性形變層316的材料表面為通孔結(jié)構(gòu)或者彈性形變層316表面難以履電極時(shí)，在彈性形變層316與第二電極334之間增加輔助層320，有助于第二電極334更吻合的履于彈性形變層316表面。
[0075]以下是制備壓電駐極體材料的具體實(shí)施例
[0076]實(shí)施例1
[0077]制備PET/ePTFE (多孔聚四氟乙烯，屬于聚四氟乙烯的一種)結(jié)構(gòu)的壓電駐極體
[0078]提供由ePTFE材料制成的復(fù)合膜，在本實(shí)施例中，ePTFE既充當(dāng)聚合物層又充當(dāng)彈性形變層，該ePTFE材料形成的復(fù)合膜外表面有通孔結(jié)構(gòu)。ePTFE形成的薄膜厚度為50 μ m。在ePTFE與一電極之間形成由PET材料形成的輔助層，使電極能夠更容易履在ePTFE薄膜表面。采用30kV極化電壓無(wú)柵網(wǎng)電暈極化方法極化ePTFE薄膜，極化時(shí)間為lmin。通過(guò)絲印方式分別在ePTFE薄膜及PET薄膜表面形成厚度為IOOnm的第一銀電極及第二銀電極。
[0079]實(shí)施例2
[0080]制備FEP/EPP結(jié)構(gòu)的壓電駐極體材料
[0081]提供由FEP材料形成厚度為25 μ m的聚合物層，由EPP材料形成厚度為50 μ m的彈性形變層。采用黏合的方式，利用設(shè)備及治具完成由FEP材料形成的聚合物層與由EPP材料形成的彈性形變層。具體地，先將EPP彈性形變層繃平整，然后在EPP彈性形變層表面噴涂AB膠，再將繃平整的FEP聚合物層覆蓋在AB膠層表面，然后采用溫度為100°C的條件下固化，固化時(shí)間為60min。采用-30kV極化電壓無(wú)柵網(wǎng)電暈極化方法極化FEP聚合物層，極化時(shí)間為lmin。通過(guò)絲印方式分別在FEP薄膜及EPP薄膜表面形成厚度為150nm的第一銀電極及第二銀電極。
[0082]實(shí)施例3
[0083]制備PTFE/EVA/PET結(jié)構(gòu)的壓電駐極體材料
[0084]提供由PTFE材料形成的厚度為50 μ m的聚合物層，由EVA材料形成的厚度為50 μ m的彈性形變層。采用黏合的方式，利用設(shè)備及治具完成由PTFE材料形成的聚合物層與由EVA材料形成的彈性形變層。具體地，先將EVA彈性形變層繃平整，然后在EVA彈性形變層表面噴涂AB膠，再將繃平整的PTFE聚合物層覆蓋在AB膠層表面，然后采用溫度為IOO0C的條件下固化，固化時(shí)間為60min。在EVA形成的彈性形變層背向由PTFE形成的聚合物層的一面形成厚度為25 μ m的PET鍍鋁薄膜。采用-30kv極化電壓無(wú)柵網(wǎng)電暈法極化PTFE聚合物層，極化時(shí)間lmin。通過(guò)絲印方式分別在PTFE薄膜及PET薄膜表面形成厚度為150nm的第一銀電極及第二銀電極。
[0085]實(shí)施例4
[0086]制備FEP/PU結(jié)構(gòu)的壓電駐極體材料
[0087]提供由FEP材料形成厚度為25 μ m的聚合物層，由I3U材料形成厚度為75 μ m的彈性形變層。采用黏合的方式，利用設(shè)備及治具完成由FEP材料形成的聚合物層與由PU材料形成的彈性形變層。具體地，先將PU彈性形變層繃平整，然后在彈性形變層表面噴涂AB膠，再將繃平整的FEP聚合物層覆蓋在AB膠層表面，然后采用溫度為100°C的條件下固化，固化時(shí)間為60min。采用能量為30keV的電子束極化方法極化FEP聚合物層，極化時(shí)間為5s。通過(guò)絲印方式分別在FEP薄膜及PU薄膜表面形成厚度為150nm的第一銀電極及第二銀電極。
[0088]實(shí)施例5
[0089]制備PTFE/CR/PET結(jié)構(gòu)的壓電駐極體材料
[0090]提供由PTFE材料形成的厚度為25 μ m的聚合物層，由CR材料形成的厚度為50 μ m的彈性形變層。采用黏合的方式，利用設(shè)備及治具完成由PTFE材料形成的聚合物層與由CR材料形成的彈性形變層。具體地，先將CR彈性形變層繃平整，然后在CR彈性形變層表面噴涂AB膠，再將繃平整的PTFE聚合物層覆蓋在AB膠層表面，然后采用溫度為80°C的條件下固化，固化時(shí)間為120min。在EVA形成的彈性形變層背向由PTFE形成的聚合物層的一面形成厚度為25 μ m的PET鍍鋁薄膜。采用能量為30keV的電子束極化方法極化PTFE聚合物層，極化時(shí)間為5s。通過(guò)真空蒸鍍鋁膜方式分別在PTFE薄膜及PET薄膜表面形成厚度為SOnm的第一鋁電極及第二鋁電極。[0091]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種壓電駐極體材料，其特征在于，包括: 復(fù)合膜，包括: 聚合物層，由駐極體材料制成，用于儲(chǔ)存電荷，所述聚合物層經(jīng)過(guò)極化后儲(chǔ)存的電荷密度大于或等于10_3c/m3 ;及 彈性形變層，由彈性材料制成，當(dāng)所述彈性形變層受到外力時(shí)可產(chǎn)生彈性形變，所述彈性材料的彈性模量在OMPa~IOOMPa范圍內(nèi)； 其中，所述聚合物層與彈性形變層依次層疊； 電極，由導(dǎo)電材料形成，用于連接到壓電應(yīng)用電路中，所述電極包括第一電極及第二電極，所述第一電極及第二電極分別設(shè)置于所述復(fù)合膜的相對(duì)兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電駐極體材料，其特征在于，所述聚合物層的駐極體材料選自聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚丙烯、全氟烷氧基樹脂、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯或聚萘二甲酸乙二醇酯中的任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電駐極體材料，其特征在于，所述彈性形變層的彈性材料選自發(fā)泡聚丙烯塑料、聚氨基甲酸酯泡棉、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物泡棉或氯丁橡膠泡棉中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電駐極體材料，其特征在于，所述聚合物層與所述彈性形變層之間還設(shè)置有膠層，所述膠層用于粘合所述聚合物層及所述彈性形變層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電駐極體材料，其特征在于，所述導(dǎo)電材料選自金屬、金屬合金、有機(jī)導(dǎo)電材料、無(wú)機(jī)導(dǎo)電化合物、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電墨水或石墨中的任意一種，所述第一電極及第二電極的厚度為IO·nm~lOOOnm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電駐極體材料，其特征在于，所述彈性形變層與所述電極之間還設(shè)置有輔助層，所述輔助層用于輔助所述彈性形變層與電極貼合。
7.—種如權(quán)利要求1所述的壓電駐極體材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供由駐極體材料制成的聚合物層及由彈性材料制成的彈性形變層，其中所述彈性材料的彈性模量在OMPa~IOOMPa范圍內(nèi)； 將所述聚合物層與所述彈性形變層貼合以形成復(fù)合膜； 采用電暈極化、電子束極化或輻射極化方法對(duì)復(fù)合膜進(jìn)行極化，使聚合物層內(nèi)部注入電荷，其中電荷密度大于或等于10_3C/m3 ； 采用真空鍍膜、絲印、銀膠刮履、轉(zhuǎn)印、噴印或貼導(dǎo)電膜方式分別在所述復(fù)合膜的相對(duì)兩側(cè)分別履上第一電極及第二電極，所述第一電極及第二電極由導(dǎo)電材料形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電駐極體材料的制備方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料選自金屬、金屬合金、有機(jī)導(dǎo)電材料、無(wú)機(jī)導(dǎo)電化合物、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電墨水或石墨中的任意一種，所述第一電極及第二電極的厚度為IOnm~lOOOnm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電駐極體材料的制備方法，其特征在于，所述步驟將所述聚合物層與所述彈性形變層貼合以形成復(fù)合膜具體地包括以下步驟: 將彈性形變層繃平整； 在所述彈性形變層表面噴涂膠水，所述膠水形成膠層； 將繃平整后的聚合物層覆蓋于所述膠層表面后固化，形成所述復(fù)合膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電駐極體材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟采用電暈極化、電子束極化或輻射極化方法對(duì)復(fù)合膜進(jìn)行極化，使聚合物層內(nèi)部注入電荷之前還包括步驟: 在所述彈性形變層背向所述聚合物層的一面形成輔助層，所述輔助層用于輔助所述彈性形變層與電極貼合?！?br> 【文檔編號(hào)】H01L41/18GK103531706SQ201310501104
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】陳政, 朱彪, 梁海, 鄭潔 申請(qǐng)人:深圳市豪恩聲學(xué)股份有限公司