[發明專利]一種有序結構的多功能柔性壓電復合薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201910535151.X
• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN110350081B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 王一平;李雄杰;楊穎;何亭睿;孫勝;盛云;陳朋;胡愨睿
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01L41/37
• 分類號: H01L41/37;H01L41/18;C23C14/35;C23C14/14
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種有序結構的多功能柔性壓電復合薄膜及其制備方法，涉及柔性壓電材料領域，能夠制備出一種敏感度高的柔性功能化壓電薄膜，并且制備方法工藝簡單、低成本。本發明包括：將聚合物粉末溶解于溶劑中，將壓電單晶微片分散到溶劑中，分別得到聚合物溶液和壓電單晶微片分散液；將玻璃片插入聚合物溶液中靜置，再將玻璃片烘干；將壓電單晶微片懸濁液均勻緩慢地滴到傾斜的帶有薄層聚合物的玻璃片表面，并使懸濁液在聚合物表面流過，再將玻璃片烘干；循環執行，直到玻璃片表面形成多層有序結構的多功能柔性壓電復合薄膜。本發明可廣泛用于智能穿戴設備、柔性機器人、能量收集及生物醫學等領域。

技術領域

本發明涉及柔性壓電材料領域，尤其涉及一種有序結構的多功能柔性壓電復合薄膜及其制備方法。

背景技術

近些年來，柔性可穿戴設備及人工智能領域得到迅猛發展，對其核心部件---傳感器的要求也越來越高，而該種柔性傳感器主要由一些具有特殊微結構的功能薄膜構成。高性能功能化薄膜的開發是柔性傳感器領域的先決條件，功能薄膜本體的性能直接關系到機器人、醫療設備、人體假肢和可穿戴設備等載體的智能化和多功能化，并受到了多學科研究人員的高度重視。早在1991年，T.R.Jensen等人研制出了用于覆蓋機器人表面的具有觸覺功能的功能化薄膜，雖然該功能化薄膜能夠利用內部的傳感陣列感知外界力的作用并發出響應，但是這些功能化薄膜的多功能和穩定性較差，多次使用后，功能化薄膜對外界力響應的敏感度發生明顯的削弱。隨著傳感技術的發展，在2004年，日本東京大學研發出一款具有觸覺功能的柔性功能化薄膜，該功能化薄膜將微型橡膠電阻傳感器拉制成分子半導體晶體大小并制作到襯底材料上，傳感器形成陣列制作成柔性可改變形狀的功能化薄膜，該功能化薄膜被用于機器人且能夠同時測量壓力和溫度。但由于該傳感器采用了電阻式壓力傳感器，且該功能化薄膜較薄，在同樣的施加力的作用下，產生的單位力矩較小，因此，該功能化薄膜具有較差的靈敏度。中國發明CN107123470A研制出一種柔彈性功能化薄膜，該導電薄膜包括預拉伸的彈性基底、彈性連接體和納米線。彈性連接體位于預拉伸的彈性基底和納米導線之間，彈性連接體材料部分嵌入到納米線中形成混合過渡區，用以增強層間的粘接性能。雖然該發明所制備的功能化薄膜具有較高的靈敏度，但該功能化薄膜的制備方法較為復雜。除此之外，中國發明CN108896219A研制出供一種柔性仿生功能化薄膜，其中傳感層包括壓阻層、薄膜電極，其中壓阻層具有多孔結構，利用彈性體對壓阻層與薄膜電極接觸界面區域進行填充，該柔性仿生功能化薄膜能夠感受氣流和壓力的存在，并且該柔性仿生功能化薄膜具有一定的力學穩定性。

從功能化薄膜的組成和結構來看，傳感器主要有電容式，壓阻式和摩擦傳感式，除上述外，對壓電式功能薄膜的研究很少。壓電式壓力傳感器一般由壓電聚合物或無機功能材料與聚合物基體復合而成。到目前為止，許多微納米結構功能材料，如BaTiO₃納米線、Ge/Si納米線、單壁碳納米管(SWNT)和PZT納米棒陣列，已證明，該器件在微小的外壓狀態下(10kPa)具有很高的靈敏度。盡管這些工作對提高功能化薄膜的靈敏度有很好的效果，但是，納米線、納米棒以及微陣列的制備方法較為復雜、可重復性較差及成本較高。因此，成為為亟待解決的問題。

發明內容

本發明提供一種有序結構的多功能柔性壓電復合薄膜及其制備方法，能夠制備出一種敏感度高的柔性功能化壓電薄膜，并且制備方法工藝簡單、低成本。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種有序結構的多功能柔性壓電復合薄膜的制備方法，包括：

S1、將聚合物粉末溶解于溶劑中，將壓電單晶微片分散到溶劑中，分別得到聚合物溶液和壓電單晶微片分散液；

S2、將玻璃片插入聚合物溶液中靜置，再將玻璃片烘干，玻璃片表面形成聚合物覆膜；

S3、將壓電單晶微片懸濁液均勻緩慢地滴到玻璃片表面，使壓電單晶微片在所述聚合物覆膜表面以晶面00l方向平鋪取向，再將玻璃片烘干；