[發明專利]壓電復合薄膜及其制備方法和壓電器件

在審

• 申請號: 202010722485.0
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111916556A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 李宋楚
• 申請（專利權）人: 歐菲微電子技術有限公司
• 主分類號: H01L41/18
• 分類號: H01L41/18;H01L41/187;H01L41/193;H01L41/37
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 侯武嬌

本發明涉及一種壓電復合薄膜及其制備方法和壓電器件，該壓電復合薄膜包括有機聚合物基體及分布于所述有機聚合物基體中的無機壓電陶瓷顆粒，所述無機壓電陶瓷顆粒在所述有機聚合物基體的厚度方向上貫穿所述有機聚合物基體；所述無機壓電陶瓷顆粒在所述有機聚合物基體與所述無機壓電陶瓷顆粒的總量中的質量含量為50％～80％。上述壓電復合薄膜同時具有較高的壓電性能和可撓性。

技術領域

本發明涉及壓電材料技術領域，特別是涉及一種壓電復合薄膜及其制備方法和壓電器件。

背景技術

隨著目前VR、人工皮膚、可繞折傳感器等觸覺反饋器件的發展，對于壓電材料的要求也日益提高。同時具有良好的壓電性能和可撓性的壓電材料成為行業的研究熱點。

無機壓電陶瓷材料的D33(壓電常數，是衡量壓電性能的一個常數)較高，壓電性能優越，然而其具有硬而脆、無可撓性、制膜困難等缺點，通常用于制備剛性壓電器件。壓電聚合物具有良好的延展性和可撓性，但其電壓性能欠缺。

壓電復合薄膜一般由無機壓電陶瓷材料與壓電聚合物等有機聚合物基體進行復合，以期望復合后的材料同時具有無機壓電陶瓷材料的高壓電性能及有機聚合物基體的可撓性，但根據傳統研究表明，實際生產中該復合材料在極化后的壓電性能很低，甚至低于壓電聚合物。

發明內容

基于此，有必要提供一種能夠同時具有較高的壓電性能和可撓性的壓電復合薄膜及其制備方法、應用和壓電器件。

本發明的一個方面，提供了一種壓電復合薄膜，包括有機聚合物基體及分布于所述有機聚合物基體中的無機壓電陶瓷顆粒，所述無機壓電陶瓷顆粒在所述有機聚合物基體的厚度方向上貫穿所述有機聚合物基體；所述無機壓電陶瓷顆粒在所述有機聚合物基體與所述無機壓電陶瓷顆粒的總量中的質量含量為50％～80％。

該壓電復合薄膜，將無機壓電陶瓷顆粒摻入有機聚合物基體中，且無機壓電陶瓷顆粒在有機聚合物基體的厚度方向上貫穿有機聚合物基體，因此一方面無機壓電陶瓷顆粒之間存在可撓性的有機聚合物基體作為連續相，可允許無機壓電陶瓷顆粒之間存在相對運動而不會導致壓電復合薄膜的斷裂，進而保持可撓性；另一方面由于無機壓電陶瓷顆粒在有機聚合物基體的厚度方向上貫穿有機聚合物基體，因此無機壓電陶瓷顆粒沒有被有機聚合物基體包覆，故而極化時無機壓電陶瓷顆粒的兩面均可接觸電極，因此無機壓電陶瓷顆粒可避免有機聚合物基體材料的影響而被充分極化，進而提高壓電性能；如此使得該壓電復合薄膜能夠同時具有較高的壓電性能和可撓性。

在其中一些實施例中，所述無機壓電陶瓷顆粒在所述有機聚合物基體與所述無機壓電陶瓷顆粒的總量中的質量含量為65％～80％。控制無機壓電陶瓷顆粒的含量在該范圍，制得的壓電復合薄膜的壓電性能更優。

在其中一些實施例中，所述無機壓電陶瓷顆粒的粒徑為50μm～100μm。根據膜厚的一般選擇范圍，優選無機壓電陶瓷顆粒的粒徑為50μm～100μm以更好地貫穿有機聚合物基體，并得到更優的壓電性能。

在其中一些實施例中，所述無機壓電陶瓷顆粒選自鋯鈦酸鉛顆粒、鈦酸鉛顆粒及鈦酸鋇顆粒中的至少一種。可理解，無機壓電陶瓷顆粒的種類包括但不限于此。

在其中一些實施例中，所述有機聚合物基體選自聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯及聚二甲基硅氧烷中的至少一種。可理解，有機聚合物基體的材料選擇不限于此。

本發明的又一個方面，提供了一種壓電復合薄膜的制備方法，包括如下步驟：

將有機聚合物基體、無機壓電陶瓷顆粒與有機溶劑混合，制備漿料；

將所述漿料制膜并控制膜厚小于所述制備漿料的步驟所加入的所述無機壓電陶瓷顆粒的粒徑，打磨膜表面以磨平膜表面突起的顆粒并將薄膜進行極化處理，得到壓電復合薄膜；