[發(fā)明專利]一種聚合物功能器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210472738.9
• 申請(qǐng)日: 2012-11-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102983270A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梅欣;張俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 溧陽(yáng)市生產(chǎn)力促進(jìn)中心
• 主分類號(hào): H01L41/193
• 分類號(hào): H01L41/193;H01L41/083
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 查俊奎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種功能器件。

背景技術(shù)

功能器件得到人們?cè)絹?lái)越多的研究和使用。壓電元件作為一種常用功能器件，其將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的元件，其包括壓電材料層以及位于該壓電材料層兩側(cè)的電極層。當(dāng)在該壓電元件表面施加壓力時(shí)，可在該兩電極層檢測(cè)到相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)輸出。該壓電材料層由具有壓電效應(yīng)的材料制成，現(xiàn)有技術(shù)中較為常用的壓電材料為壓電陶瓷，如鈦酸鋇、鈦酸鉛及鎬鈦酸鉛等，以及壓電聚合物，如聚偏氟乙烯(?PVDF)等。

聚偏氟乙烯及其共聚物作為最常見(jiàn)的有機(jī)壓電聚合物。由于它們具有良好的柔韌性并易制成大面積的薄膜，因而在音頻和超聲傳感器、生物醫(yī)學(xué)傳感器、機(jī)電換能器以及熱釋電和光學(xué)器件中具有重要的應(yīng)用前景。但其致動(dòng)能力低下，在150MV/m?電場(chǎng)下，其電致伸縮應(yīng)變僅為7%。因此，本領(lǐng)域研究人員希望找到提高電致伸縮應(yīng)變的可以代替聚偏氟乙烯的壓電聚合物，提高壓電器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開(kāi)了一種聚合物功能器件，其包括依次層疊的第一電極層、第一壓電層、第一過(guò)渡層，離子交換增強(qiáng)層、第二過(guò)渡層、第二壓電層和第二電極層，其中，

第一電極層與第二電極層具有不同的功函數(shù)，離子交換增強(qiáng)層包含離子交換增強(qiáng)材料和納米導(dǎo)電顆粒；離子交換增強(qiáng)材料為聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯或聚乙烯醇，納米導(dǎo)電顆粒為碳納米管、石墨烯或金屬納米顆粒；第一過(guò)渡層和第二過(guò)渡層為聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯或聚乙烯醇；

壓電層由壓電聚合物和粘結(jié)劑混合形成；

該壓電聚合物為具有化學(xué)結(jié)構(gòu)式（I）的材料；

其中

n和m各為大于1的整數(shù)；?

p為0或大于1的整數(shù)；?

X和Z各為經(jīng)取代或未經(jīng)取代的C₄-C₆₀芳香族單元或脂肪族單元；?

Y為經(jīng)取代或未經(jīng)取代的C₂-C₄₀脂肪族單元；和?

G₁、G₂、G₃和G₄各為經(jīng)取代或未經(jīng)取代的C₁-C₁₂脂肪族基。

本發(fā)明的有益效果是：以新穎的壓電聚合物材料形成壓電層，制備得到了新穎的壓電元件。該壓電元件通過(guò)具有不同功函數(shù)的金屬與壓電聚合物相互層疊，當(dāng)受到壓力作用時(shí)，該壓電層與第一電極層和第二電極層具有不同的肖特基接觸，從而產(chǎn)生電勢(shì)差。該壓電元件的電致伸縮應(yīng)變比以聚偏氟乙烯作為壓電聚合物的壓電元件提高5～7％。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的聚合物功能器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的聚合物功能器件及其制造方法。

如圖1所示，本發(fā)明的聚合物功能器件包括依次層疊的第一電極層1、第一壓電層2、第一過(guò)渡層3、離子交換增強(qiáng)層4、第二過(guò)渡層5、第二壓電層6和第二電極層7。離子交換增強(qiáng)層4設(shè)置在第一過(guò)渡層3和第二過(guò)渡層5之間，從離子交換增強(qiáng)層4的一個(gè)表面由內(nèi)向外依次是第一過(guò)渡層3、第一壓電層2和第一電極層1，從離子交換增強(qiáng)層4的另一個(gè)表面由內(nèi)向外依次是第二過(guò)渡層5、第二壓電層6和第二電極層7，形成七層貼合層疊設(shè)置結(jié)構(gòu)。

第一壓電層2和第二壓電層6的材料均包括具有化學(xué)結(jié)構(gòu)式（I）的材料；

n和m各為大于1的整數(shù)；

p為0或大于1的整數(shù)；

X和Z各為經(jīng)取代或未經(jīng)取代的C₄-C₆₀芳香族單元或脂肪族單元；

Y為經(jīng)取代或未經(jīng)取代的C₂-C₄₀脂肪族單元；和G₁、G₂、G₃和G₄各為經(jīng)取代或未經(jīng)取代的C₁-C₁₂脂肪族基。

優(yōu)選地，n和m各為5到600的整數(shù)，更優(yōu)選n和m各為10到300的整數(shù)。

優(yōu)選地，p為0或1到300的整數(shù)，更優(yōu)選p為5到150的整數(shù)。

優(yōu)選地，X和Z各為經(jīng)取代或未經(jīng)取代的C₆-C₄₀芳香族單元或脂肪族單元。