[發(fā)明專利]一種可伸縮性壓電駐極體功能膜的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210303673.5
• 申請(qǐng)日: 2012-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN102856487A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉青;張欣梧;游瓊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L41/45
• 分類號(hào): H01L41/45
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于壓電功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可伸縮性交聯(lián)聚丙烯壓電駐極體功能膜的制備方法。

背景技術(shù)

壓電駐極體piezoelectrets(也稱為鐵電駐極體ferroelectrets)是一類新型的人工微結(jié)構(gòu)壓電功能材料。壓電駐極體與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)壓電材料（壓電單晶或壓電陶瓷等）和有機(jī)壓電聚合物薄膜（聚偏氟乙烯或其共聚物）的重要區(qū)別在于，壓電駐極體中沒(méi)有本征的電偶極子，即壓電駐極體的基體材料為非極性的聚合物。壓電駐極體的壓電效應(yīng)是基體材料的駐極體特性和特殊的微孔洞機(jī)械結(jié)構(gòu)巧妙結(jié)合的產(chǎn)物。自1990年前后芬蘭的科學(xué)家在線性聚丙烯孔洞材料中發(fā)現(xiàn)強(qiáng)壓電效應(yīng)以來(lái)，壓電駐極體功能材料受到了國(guó)內(nèi)外科學(xué)界和傳感器技術(shù)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，并開發(fā)出了多種基體材料的壓電駐極體功能膜。例如：聚四氟乙烯（PTFE）壓電駐極體薄膜、氟化乙丙烯共聚物（FEP）壓電駐極體薄膜、FEP/PTFE復(fù)合膜壓電駐極體、環(huán)烯烴聚合物（COC）壓電駐極體薄膜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）壓電駐極體薄膜等等。壓電駐極體兼具壓電陶瓷的強(qiáng)壓電效應(yīng)和壓電聚合物的柔韌性，并且可大面積成膜，廉價(jià)環(huán)保，聲阻抗與人體和水相匹配，因此在智能控制、傳感器和執(zhí)行器等方面有非常廣闊的應(yīng)用前景。

在壓電駐極體功能膜的一些應(yīng)用領(lǐng)域，例如智能服裝和機(jī)器人肌膚，不僅需要功能轉(zhuǎn)換材料具有柔韌性，而且需要材料具有可伸縮的特性。但是迄今所報(bào)道的壓電駐極體功能膜均不具備可伸縮特性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可伸縮性壓電駐極體功能膜的制備方法。用該方法不僅能夠使壓電駐極體功能膜具有較強(qiáng)的壓電系數(shù)d₃₃,?而且具有可伸縮性。?

本發(fā)明提出的可伸縮性壓電駐極體功能膜的制備方法，可以采用下述之中任一種方法制備得到：

(A)將孔洞結(jié)構(gòu)交聯(lián)聚丙烯板材或薄膜先在壓機(jī)上進(jìn)行熱壓處理，然后在單軸或雙軸拉伸機(jī)上進(jìn)行單軸或/和雙軸拉伸處理，得到具有可伸縮特性的孔洞結(jié)構(gòu)膜，最后對(duì)孔洞結(jié)構(gòu)膜進(jìn)行電極化處理，即得所需產(chǎn)品；

(B)將孔洞交聯(lián)聚丙烯板材或薄膜先在單軸或雙軸拉伸機(jī)上進(jìn)行單軸或/和雙軸拉伸處理，然后在壓機(jī)上進(jìn)行熱壓處理，得到具有可伸縮性的孔洞結(jié)構(gòu)膜，最后對(duì)孔洞結(jié)構(gòu)膜進(jìn)行電極化處理，即得所需產(chǎn)品；

(C)將孔洞結(jié)構(gòu)交聯(lián)聚丙烯板材或薄膜僅在單軸或雙軸拉伸機(jī)上進(jìn)行單軸或/和雙軸拉伸處理，得到具有可伸縮性的孔洞結(jié)構(gòu)膜，然后對(duì)孔洞結(jié)構(gòu)膜進(jìn)行電極化處理，即得所需產(chǎn)品。

本發(fā)明中，所述壓機(jī)的溫度范圍為室溫至120^oC，壓機(jī)壓強(qiáng)為0.1MPa至15MPa，熱壓時(shí)間為2s至2h。

本發(fā)明中，所述單向拉伸機(jī)或雙向拉伸機(jī)的溫度為50^oC至200^oC。

圖2和圖3分別是經(jīng)過(guò)單軸拉伸處理的交聯(lián)聚丙烯薄膜的應(yīng)力應(yīng)變曲線。

本發(fā)明中，所述電極化處理可以采用電暈充電工藝或接觸法充電工藝。

本發(fā)明中，所述電暈充電工藝可以采用柵控電壓法電暈充電或無(wú)柵控電壓法電暈充電。電暈電壓為±2kV～±100kV，柵電壓為±500V～±10kV，充電溫度小于180^OC，充電時(shí)間5ms～2h,電極與膜的間距為2cm～15cm。電暈電極的形狀可以是針狀、絲狀、刀口狀或上述形狀電極組成的陣列，電暈充電后獲得具有可伸縮特性交聯(lián)聚丙烯壓電駐極體膜。

本發(fā)明中，采用接觸法充電工藝時(shí)，首先在交聯(lián)聚丙烯薄膜兩面覆上導(dǎo)電電極，然后將直流偏壓直接加載到兩導(dǎo)電電極上，直流偏壓的大小為±100V～±10kV，充電溫度小于180^OC，充電時(shí)間5ms～2h,得到具有可伸縮特性的交聯(lián)聚丙烯壓電駐極體膜。圖4是可伸縮性交聯(lián)聚丙烯壓電極體薄膜在各種伸縮狀態(tài)下的形貌圖。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1、與現(xiàn)有壓電駐極體功能膜相比，本發(fā)明獲得的交聯(lián)聚丙烯壓電駐極體薄膜具有可伸縮的特性。

2、本發(fā)明所用工藝簡(jiǎn)單易行。

3、本發(fā)明可以將廉價(jià)的包裝材料或裝飾材料轉(zhuǎn)變成高附加值的壓電功能材料。

4、利用本發(fā)明制備的壓電駐極體功能膜，可以應(yīng)用在智能服裝、能量采集器、聲電傳感器、機(jī)器人肌膚、人工肌肉、?智能結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為多孔結(jié)構(gòu)交聯(lián)聚丙烯板材的斷面掃描電鏡圖片。

圖2為經(jīng)單軸拉伸后多孔結(jié)構(gòu)交聯(lián)聚丙烯薄膜沿拉伸方向的應(yīng)力應(yīng)變曲線。

圖3經(jīng)單軸拉伸后多孔結(jié)構(gòu)交聯(lián)聚丙烯薄膜垂直于拉伸方向的應(yīng)力應(yīng)變曲線。