[發明專利]一種提高聚合物材料壓電響應的方法

有效

• 申請號: 201911370807.3
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN113043582B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 初寶進;胡欣萍
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B29C59/10
• 分類號: B29C59/10;B29C59/02;B29L7/00
• 代理公司: 蘇州攜智匯佳專利代理事務所(普通合伙) 32278
• 代理人: 溫明霞

本發明提供了一種提高聚合物材料壓電響應的方法，對非平面的聚合物薄膜在極化后施壓，使聚合物薄膜產生褶皺和大位移形變。由于聚合物材料密度低，模量小，柔性好，適用于器件應用，得到大應力和基于應力的提高得到的提升的壓電響應。而且聚合物的力學可靠性好，在外力作用下，不易發生破裂，因此，本發明通過對非平面的聚合物薄膜施壓，使得聚合物薄膜產生大形變褶皺和大的不均勻應變，應力集中在薄膜的特定區域，產生很大的非均勻形變，從而產生很高的壓電響應。

技術領域

本發明屬于功能材料技術領域，具體涉及一種提高聚合物材料壓電響應的方法。

背景技術

壓電材料是極性材料，它們對于機械變形能夠產生響應電荷(正效應)，在電場下有形狀變化(逆效應)。壓電材料在傳感器、驅動器、轉換器和能量采集裝置等領域都有重要應用。無機壓電材料，尤其是指鋯鈦酸鉛基材料由于具有高壓電系數得到了廣泛的應用，他們的壓電系數d₃₃可達幾百pC/N。但是它們易碎和密度大的缺點限制了它們的應用。現在柔性電子材料和可穿戴材料(特別是PVDF基高分子)等發展很快，PVDF基高分子材料具有很好的柔韌性和生物相容性，而且它們密度小，加工方便。這些優點使得它們得到全世界的廣泛關注，現在它們的發展已經基本成熟并達到生產規模。但是和無機壓電材料相比較，高分子壓電材料的壓電系數d₃₃較小，一般不超過50pC/N。小的壓電系數和響應限制了高分子材料的實際應用。

近年來，人們圍繞著如何提高壓電材料的性能做了大量的研究。但是現在的聚合物壓電材料的壓電性能還是遠低于無機物的壓電性能。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種提高聚合物材料壓電響應的方法，本發明提供的的方法可以顯著提高聚合物材料的壓電響應。

本發明提供了一種提高聚合物材料壓電響應的方法，對非平面的聚合物薄膜在極化后施壓，使聚合物薄膜產生褶皺和大位移形變，得到大應力和基于應力的提高得到的提升的壓電響應。

優選的，包括以下步驟：

A)在所述非平面的聚合物薄膜的上下表面分別制備導電電極后極化，使得材料內部產生宏觀極化；

B)在所述極化后的非平面的聚合物薄膜的上下表面分別設置金屬板；

C)通過對金屬板施壓，使聚合物薄膜產生大位移形變和大應力，獲得高應變，輸出壓電電信號。

優選的，所述聚合物薄膜選自高介電性能的鐵電聚合物材料薄膜。

優選的，所述高介電性能的鐵電聚合物材料薄膜選自聚偏氟乙烯及其共聚物中的一種，尼龍或聚乳酸。

優選的，所述非平面的聚合物薄膜為拱形或立體三角形薄膜。

優選的，所述拱形薄膜的厚度為0.001～10000μm，所述拱形薄膜的高度為0.001～10.0mm，所述拱形薄膜的曲率半徑為0.001～10000mm；所述立體三角形薄膜的厚度0.001～10000μm，所述三角形薄膜的高度為0.1～3.0mm。

優選的，所述導電電極選自銀，金或鋁電極。

優選的，所述極化為在直流電壓下極化，所述極化的電場為10～200MV/m，極化的溫度為室溫～110℃，極化的時間為0.1s～48h。

優選的，所述金屬板選自不銹鋼板，鋁板或銅板。

優選的，所述施壓的壓力為0.01～1000N。