[發明專利]一種具有離子交換增強層的壓電元件

有效

• 申請號: 201210472491.0
• 申請日: 2012-11-20
• 公開（公告）號: CN102983268A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 梅欣;張俊
• 申請（專利權）人: 溧陽市生產力促進中心
• 主分類號: H01L41/113
• 分類號: H01L41/113;H01L41/193;H01L41/083
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 查俊奎

技術領域

本發明涉及一種壓電元件。

背景技術

壓電元件為將壓力轉換為電信號的元件，其包括壓電材料層以及位于該壓電材料層兩側的電極層。當在該壓電元件表面施加壓力時，可在該兩電極層檢測到相對應的電信號輸出。該壓電材料層由具有壓電效應的材料制成，現有技術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的有機壓電聚合物。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、生物醫學傳感器、機電換能器以及熱釋電和光學器件中具有重要的應用前景。但其致動能力低下，在150MV/m?電場下，其電致伸縮應變僅為7%。因此，本領域研究人員希望找到提高電致伸縮應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。

發明內容

本發明公開了一種具有離子交換增強層的壓電元件，其包括依次層疊的第一電極層、第一壓電層、離子交換增強層、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，離子交換增強層包含離子交換增強材料和納米導電顆粒；離子交換增強材料為聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯或聚乙烯醇，納米導電顆粒為碳納米管、石墨烯或金屬納米顆粒。

壓電層由壓電聚合物和粘結劑混合形成；

該壓電聚合物為具有化學結構式（I）的材料；

其中

n和m各為大于1的整數；

p為0或大于1的整數；

X和Z各為經取代或未經取代的C₄-C₆₀芳香族單元或脂肪族單元；

Y為經取代或未經取代的C₂-C₄₀脂肪族單元；和

G₁、G₂、G₃和G₄各為經取代或未經取代的C₁-C₁₂脂肪族基。

本發明的有益效果是：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。該壓電元件通過具有不同功函數的金屬與壓電聚合物相互層疊，當受到壓力作用時，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，從而產生電勢差。該壓電元件的電致伸縮應變比現有技術中包括常用壓電聚合物，例如聚偏氟乙烯的壓電元件提高4～6％。

附圖說明

圖1是本發明的具有離子交換增強層的壓電元件的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本領域技術人員更清楚地理解本發明的技術方案，以下將結合附圖詳細說明本發明的壓電元件及其制造方法。

如圖1所示，本發明的具有離子交換增強層的壓電元件包括依次層疊的第一電極層1、第一壓電層2、離子交換增強層3、第二壓電層4和第二電極層5。離子交換增強層3設置在第一壓電層2和第二壓電層4之間，第一壓電層2、離子交換增強層3和第二壓電層4設置在第一電極層1和第二電極層5之間，形成五層貼合層疊設置結構。

第一壓電層2和第二壓電層4的材料均為具有化學結構式（I）的材料；

n和m各為大于1的整數；

p為0或大于1的整數；

X和Z各為經取代或未經取代的C₄-C₆₀芳香族單元或脂肪族單元；

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

優選地，n和m各為5到600的整數，更優選n和m各為10到300的整數。

優選地，p為0或1到300的整數，更優選p為5到150的整數。

優選地，X和Z各為經取代或未經取代的C₆-C₄₀芳香族單元或脂肪族單元。

優選地，Y為經取代或未經取代的C₃-C₂₀脂肪族單元；優選地，Y為經取代或未經取代的C₄-C₁₂烴鏈或C₄-C₁₂雙氧烷基，更優選地，Y為雙氧丁基。