[發(fā)明專利]一種基于剪切振動的壓電復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710075924.1
• 申請日: 2017-02-13
• 公開（公告）號: CN106876576B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦雷;賈俊博;王麗坤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學(xué)
• 主分類號: H01L41/18
• 分類號: H01L41/18;H01L41/37
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200
• 代理人: 邱曉鋒

1.一種基于剪切振動的壓電復(fù)合材料，其特征在于，包括壓電材料和被動性材料；所述壓電材料包括沿x軸正向極化的壓電材料和沿x軸負(fù)向極化的壓電材料，兩種極化方向的壓電材料沿x軸方向交替排列；所述被動性材料包括填充層、過渡層和平面層；所述填充層設(shè)于每兩個相鄰的壓電材料之間；所述平面層位于壓電材料的兩個垂直于z軸的表面的外側(cè)，其中一側(cè)的平面層通過過渡層與奇數(shù)位置的填充層固定連接，另一側(cè)的平面層通過過渡層與偶數(shù)位置的填充層固定連接；在工作時，極化方向與電場方向夾角為90度，壓電材料在電場激勵下產(chǎn)生剪切形變并帶動壓電材料間的填充層產(chǎn)生振動，且相鄰的填充層產(chǎn)生相反的振動，產(chǎn)生的振動通過過渡層傳遞到平面層上，實現(xiàn)壓電材料的剪切振動到復(fù)合材料厚度振動的轉(zhuǎn)化。

2.如權(quán)利要求1所述的壓電復(fù)合材料，其特征在于：在所述壓電材料的兩個垂直于z軸的表面上設(shè)置電極。

3.如權(quán)利要求1所述的壓電復(fù)合材料，其特征在于：所述壓電材料是下列中的一種：壓電陶瓷、壓電單晶、壓電聚合物或壓電復(fù)合材料；所述被動性材料為聚合物、金屬、陶瓷中的一種；所述聚合物是下列中的一種：環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、橡膠、有機(jī)玻璃。

4.如權(quán)利要求1所述的壓電復(fù)合材料，其特征在于：所述過渡層的截面為梯形、矩形或拋物線形，所述過渡層的整體形狀為圓柱形或圓錐形。

5.如權(quán)利要求1所述的壓電復(fù)合材料，其特征在于：位于壓電材料同一側(cè)的過渡層彼此獨立，或者通過平面層連接在一起。

6.如權(quán)利要求1所述的壓電復(fù)合材料，其特征在于：還包括施加預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，用于對沿x軸方向的壓電材料施加預(yù)應(yīng)力以提高其抗壓和抗張強(qiáng)度。

7.一種制備權(quán)利要求2所述基于剪切振動的壓電復(fù)合材料的方法，包括以下步驟：

1)將壓電材料切割成整齊排列的多個壓電材料塊；

2)在各壓電材料塊的兩個相對的表面濺射電極；

3)通過機(jī)加工的方式形成填充層、過渡層和平面層；

4)將填充層、過渡層和平面層與壓電材料塊粘接在一起，并引出電極，構(gòu)成壓電復(fù)合材料。

8.一種制備權(quán)利要求2所述基于剪切振動的壓電復(fù)合材料的方法，包括以下步驟：

1)在壓電材料的第一表面粘貼掩膜材料；

2)沿與所述第一表面垂直的方向?qū)弘姴牧线M(jìn)行切割，形成整齊排列的多個壓電材料塊；

3)在各壓電材料塊的第一表面及切割面上濺射電極；

4)按照填充層、過渡層和平面層的形狀設(shè)計模具，將模具放置在各壓電材料塊上的合適位置；

5)利用所述模具灌注聚合物并固化，形成聚合物填充層、聚合物過渡層和聚合物平面層；

6)在與所述第一表面相對的第二表面上，重復(fù)步驟1)至5)，形成另一側(cè)的聚合物填充層、聚合物過渡層和聚合物平面層；

7)采用溫度沖擊法去除模具和掩膜材料，形成壓電復(fù)合材料。

9.一種水聲換能器，其特征在于，包括壓電復(fù)合材料振子、防水透聲層和輸出電纜，所述壓電復(fù)合材料振子采用權(quán)利要求1～6中任一權(quán)利要求所述的基于剪切振動的壓電復(fù)合材料，并通過引線將其中的壓電材料與輸出電纜連接；在所述壓電復(fù)合材料振子外部膠封防水透聲層。

10.一種能量收集裝置，其特征在于，包括壓電復(fù)合材料振子、增加抗壓抗張強(qiáng)度的夾持結(jié)構(gòu)、防水透聲層和輸出電纜，所述壓電復(fù)合材料振子采用權(quán)利要求1～6中任一權(quán)利要求所述的基于剪切振動的壓電復(fù)合材料，并通過引線將其中的壓電材料與輸出電纜連接；在所述壓電復(fù)合材料振子外部膠封防水透聲層。

11.如權(quán)利要求10所述的能量收集裝置，其特征在于，所述能量收集裝置為水聽器或壓電俘能器。

12.如權(quán)利要求10或11所述的能量收集裝置，其特征在于，所述夾持結(jié)構(gòu)采用兩個金屬片夾在沿x軸的壓電振子兩側(cè)并固定，沿x軸對壓電振子施加預(yù)應(yīng)力。