[發明專利]一種具有離子交換增強層的壓電元件的制造方法

無效

• 申請號: 201210472729.X
• 申請日: 2012-11-20
• 公開（公告）號: CN102983271A
• 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: H01L41/45
• 分類號: H01L41/45
• 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的制造方法。

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

本發明公開了一種壓電元件的制造方法，包括如下步驟：

準備上述壓電聚合物，將該壓電聚合物在160～190℃加熱，使該壓電聚合物受熱分解；

將該壓電聚合物材料與粘結劑以及揮發性溶劑混合形成漿料；將該漿料涂覆于第一電極層表面，形成第一壓電層；

干燥該第一壓電層；

在該第一壓電層表面涂覆離子交換增強層；

將上述漿料涂覆于離子交換增強層表面，形成第二壓電層；

干燥該第二壓電層；以及

將第二電極層覆蓋于該壓電層表面并相互壓合；

其中，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是根據本發明的方法制造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。

本發明提供了一種具有離子交換增強層的壓電元件的制造方法，其包括以下步驟：

第一，準備壓電聚合物材料，并將該壓電聚合物材料在160～190℃加熱1小時至5小時，使其受熱分解。優選地，加熱溫度為180℃，加熱時間為3小時。

第二，將該壓電聚合物與粘結劑及揮發性溶劑混合形成一漿料。該壓電聚合物與該粘結劑以質量比為90∶10至99∶1的比例混合，優選為97∶3。該揮發性溶劑使該漿料具有一定的流動性，易于涂膜。該揮發性溶劑可以為乙醇、甲醇或丙酮等有機溶劑。本實施例中，將9.7克該壓電聚合物與0.3克丙烯腈，并加入10毫升二甲基甲酰胺，在研缽中充分混合均勻。

第三，將該漿料涂覆于第一電極層1表面，形成第一壓電層2。該壓電層2的厚度優選為10～300微米。本實施例中，可以使用刮刀將所述漿料涂覆于鋁箔表面，所形成的第一壓電層2的厚度約為150微米。

第四，干燥該第一壓電層2，使溶劑揮發。具體地，可將第一電極層1連同該第一壓電層2放置于一烘箱中加熱干燥。該烘箱的溫度可以為40℃～80℃，干燥時間可以為2～5小時。本實施例中，干燥溫度為50℃，干燥時間為4小時。