[發明專利]一種壓電陶瓷聚合物復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201610188461.5
• 申請日: 2016-03-29
• 公開（公告）號: CN105789431A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 沈湘黔;李旺;馮玉華;范景波
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01L41/37
• 分類號: H01L41/37
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及壓電陶瓷聚合物復合材料，特指一種壓電陶瓷聚合物復合材料的 制備方法。

背景技術

壓電陶瓷聚合物復合材料是一種由壓電陶瓷相(如PZT)和高分子聚合物(如 PVDF)通過復合工藝而構成的新型材料。壓電陶瓷材料具有壓電性能優良、介 電損耗低和機電耦合系數大等優點，但其成硬而脆，不易成型加工，耐沖擊性能 差。而壓電聚合物雖然具有密度低、柔韌性好，可制備成大而均勻的薄膜，但其 壓電性能差。在目前的壓電復合材料體系中，0-3型壓電復合材料中壓電顆粒之 間被有機聚合物相充滿,陶瓷顆粒連通性較差，且介電常數相差較大，導致其陶 瓷相極化困難；同時兩相間力學性能的差異導致其兩相間力的傳導較為困難；最 終導致復合材料壓電性能較差。目前文獻中報道的提高復合材料壓電性能的方式 主要是兩種：(1)提高陶瓷相的體積分數，當陶瓷相體積分數超過80％時，壓電 性能有大幅提高，壓電應變常數d33可超過90pC/N，但是陶瓷相體積分數過高 會導致復合材料韌性較差。(2)加入第三相導電/半導化材料，目的是提高陶瓷 相的極化性能，但往往提高有限，同時第三相導電材料加入過多會導致如損耗過 大等一些負面影響。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述技術存在的缺點，提供一種壓電陶瓷聚合物復 合壓電材料制備方法，利用兩層壓電材料層將導電聚合物層夾在中間通過熱壓形 成一體化結構，解決陶瓷相高體積分數下壓電陶瓷聚合物復合壓電材料韌性差的 問題。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：將導電顆粒聚合物材料夾 在兩層0-3型壓電陶瓷聚合物材料之間，通過熱壓成型形成一體化結構的壓電陶 瓷聚合物復合材料。

其制備過程包括：

(1)將有機聚合物PVDF和有機溶劑N,N-二甲基乙酰胺混合，待混合均勻 之后再加入導電鎳酸鑭顆粒，充分混合攪拌后倒入流延裝置中，刮平烘干制得薄 膜，薄膜在平板硫化機上熱壓成型制成導電顆粒聚合物材料。

所述有機聚合物PVDF與有機溶劑N,N-二甲基乙酰胺的質量比為1:10。

所述導電鎳酸鑭顆粒的大小為2～5um；導電鎳酸鑭顆粒占PVDF與導電鎳 酸鑭顆粒質量之和的50～70％。

所述薄膜的厚度為0.1～0.5mm。

所述熱壓成型的溫度為150～170℃，時間為24小時。

(2)將有機聚合物PVDF和有機溶劑N,N-二甲基乙酰胺混合，待混合均勻 之后加入鋯鈦酸鉛鑭陶瓷粉，電動攪拌后倒入流延裝置中，刮平烘干制得薄膜， 薄膜在平板硫化機上熱壓成型制備成0-3型壓電陶瓷聚合物壓電材料。

所述有機聚合物PVDF與有機溶劑N,N-二甲基乙酰胺的質量比為1:10。

所述鋯鈦酸鉛鑭陶瓷粉為200～500目，鋯鈦酸鉛鑭陶瓷粉占PVDF與鋯鈦酸 鉛鑭陶瓷粉質量之和的50～70％。

所述薄膜的厚度為0.1～0.9mm。

所述熱壓成型的溫度為150～170℃，時間為24小時。

(3)將一層導電顆粒聚合材料夾入兩層0-3型壓電陶瓷聚合物壓電復合材 料中，在平板硫化機上170～180℃熱壓成型12小時制備成最終的壓電陶瓷聚合 物復合材料。

相比現有技術，本發明利用兩層壓電材料層將導電聚合物層夾在中間通過熱 壓形成一體化結構，可獲得的有益效果是：陶瓷相高體積分數下的0-3型壓電陶 瓷聚合物復合壓電材料有較好的壓電性能但其柔韌性較差，引入導電聚合物層可 以在不影響0-3型復合材料壓電性能的同時改善其柔韌性。本發明壓電陶瓷聚合 物復合材料制備工藝簡單，成本低廉，可制備出綜合性能優異的壓電陶瓷聚合物 復合壓電材料，可制備大尺寸壓電復合薄膜，有望應用于壓電觸控板，實現產業 化生產。

具體實施方式

為了進一步說明本發明的目的，下面將結合實施例對本發明作進一步詳述， 所有實施例僅用于解釋本發明，并不構成對本發明保護范圍的限定。

實施例1：

(1)將有機聚合物PVDF和有機溶劑N,N-二甲基乙酰胺質量比1:10混合，待 混合均勻之后再加入2～3um的質量比60％導電鎳酸鑭顆粒，充分混合攪拌后倒 入流延裝置中，刮平烘干制得厚度為0.1～0.2mm的薄膜，薄膜在平板硫化機上經 160℃熱壓成型24小時制備成導電顆粒聚合物復合材料。