[發明專利]一種鉺碲硒復合基柔性壓電薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 201710689631.2
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107501830A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 藍碧健
• 申請（專利權）人: 太倉碧奇新材料研發有限公司
• 主分類號: C08L33/12
• 分類號: C08L33/12;C08K3/22;C08K5/544
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于薄膜材料技術領域，具體涉及一種鉺碲硒復合基柔性壓電薄膜的制備方法。

背景技術

壓電材料是受到壓力作用時會在兩端面間出現電壓的材料。壓電效應的機理是：具有壓電性的晶體對稱性較低，當受到外力作用發生形變時，晶胞中正負離子的相對位移使正負電荷中心不再重合，導致晶體發生宏觀極化，而晶體表面電荷面密度等于極化強度在表面法向上的投影，所以壓電材料受壓力作用形變時兩端面會出現異號電荷。

無機壓電材料分為壓電晶體和壓電陶瓷，壓電晶體一般是指壓電單晶體；壓電陶瓷則泛指壓電多晶體。壓電陶瓷是指用必要成份的原料進行混合、成型、高溫燒結，由粉粒之間的固相反應和燒結過程而獲得的微細晶粒無規則集合而成的多晶體。具有壓電性的陶瓷稱壓電陶瓷，實際上也是鐵電陶瓷。在這種陶瓷的晶粒之中存在鐵電疇，鐵電疇由自發極化方向反向平行的180疇和自發極化方向互相垂直的90疇組成，這些電疇在人工極化(施加強直流電場)條件下，自發極化依外電場方向充分排列并在撤消外電場后保持剩余極化強度，因此具有宏觀壓電性。

羅健林等采用Fenton試劑結合超聲分散和紫外線照射對CNT進行表面修飾，采用溶膠一凝膠法制備納米級壓電陶瓷(PZT)，以CNT作為增強相，結合手動壓片與直流極化工藝，制備出CNT改性水泥基壓電復合材料。通過紅外光譜和分光光度測試，當超聲溫度60℃、紫外線照射1h時，CNT分散液分散均勻，分散性最好。通過顯微測試，CNT和PZT在水泥基壓電復合材料中分散均勻，但結構致密度下降。壓電常數和相對介電常數分別達到50.6pC/N、412.0，與相同條件下制備的PZT水泥基壓電材料相比，分別提高18.5％、4.1％。同時，分散的CNT能發揮宏觀量子隧穿效應，使復合材料在幾乎不降低材料介電性能情況下更易極化(壓電與聲光，2015，37：437-441)。

呂建福等為了制備適合于路面用的壓電復合材料，以鋯鈦酸鉛(PZT)為壓電相，以環氧樹脂為基體，采用壓制成型法制備0-3型PZT/環氧樹脂壓電復合材料。分析了PZT的體積分數、制備工藝和極化條件對復合材料壓電應變常數的影響，測試了環氧基壓電復合材料的介電性能，并完成了動態荷載作用下壓電響應的測試。研究結果表明：PZT的體積分數為75％時壓電復合材料電性能最好；最佳的極化條件為極化電壓2.25kV/mm、極化時間15min和極化溫度90℃，但成型壓力和成型時間對環氧基壓電復合材料影響很小。在PZT體積摻量為75％，最佳成型和極化條件下，壓電復合材料的介電常數及壓電應變常數分別為210.53和64pC/N；并在該復合壓電材料旄加正弦穩幅荷載(頻率：10Hz，均值：600N，幅值：400N)，其可穩態輸出8.1V電壓，其儲存的能量為304.2uJ(低溫建筑技術，2013，182：11-14)。

壓電材料面臨的最大問題是：陶瓷材料的壓電系數較高，最高可達2600pC/N，但陶瓷易碎，柔韌性差，無法用于可穿戴電子領域。無機/有機復合壓電材料柔韌性、加工性好，能應用于可穿戴領域，但壓電系數較低，常低于100pC/N。

本發明針對上述問題，開發新型柔性壓電材料及制備工藝，在確保壓電系數的同時，獲得高彎折次數。

發明內容

本發明屬于薄膜材料領域，涉及一種鉺碲硒復合基柔性壓電薄膜的制備方法。本發明提出的制備方法是將苯胺、硝酸鉺、碲酸鋰、硒酸鈉以及纖維素復合，再高溫氧化，得復合金屬氧化物，再將復合金屬氧化物分散在聚甲基丙烯酸甲酯/硅烷偶聯劑/丙酮溶液中，然后用甩膜機制膜，退火，得柔性壓電薄膜。

本發明的制備方法具有如下特點：(1)本發明要解決的技術問題是如何用組分、含量及制備工藝來調控復合材料的壓電系數，以獲得高壓電系數的同時獲得更好的彎折性能。(2)本發明技術方案的基本原理是基于復合材料中各組分間的協同關系，獲得高壓電系數，一旦組分缺失或發生替換，則壓電系數急劇降低，說明本發明的技術方案具有系統性和獨創性，所得的技術效果是不可預期的，現有文獻無法從理論或實驗上給本發明以啟示；(3)與現有文獻相比，本發明有更好的技術效果，所制備的柔性壓電薄膜的壓電系數為703pC/N，達常規復合壓電材料的7倍以上。

本發明提出的一種鉺碲硒復合基柔性壓電薄膜的制備方法，其特征在于制備工藝如下：