[發(fā)明專利]一種自極化復(fù)合駐極體-壓電薄膜、其制備方法及壓電薄膜傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011485108.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112606509B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚沛林;王盛凱;占敏杰;王英輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆山微電子技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): B32B27/32
• 分類號(hào): B32B27/32;B32B27/28;B32B27/08;B32B33/00;B32B37/10;B32B37/06;B32B37/24;B32B38/00;B32B38/16;G01L1/16;G01L9/08
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 付麗

本發(fā)明提供了一種自極化復(fù)合駐極體?壓電薄膜的制備方法，通過(guò)精確的溫度控制和較強(qiáng)的電場(chǎng)，在薄膜熔化重新結(jié)晶階段施加外電場(chǎng)，誘導(dǎo)β型PVDF晶體的生成；選用高分子駐極體襯底材料，在對(duì)PVDF極化的同時(shí)對(duì)駐極體襯底進(jìn)行極化，將電荷注入襯底中，駐極體材料會(huì)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)帶有電荷，兩塊襯底之間形成的電場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)PVDF的長(zhǎng)期極化，可以修復(fù)在使用中退極化的PVDF晶體，同時(shí)為PVDF薄膜提供封裝方案和機(jī)械強(qiáng)度。本發(fā)明還提供了一種自極化復(fù)合駐極體?壓電薄膜的制備方法及壓電薄膜傳感器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自極化復(fù)合駐極體-壓電薄膜、其制備方法及壓電薄膜傳感器。

背景技術(shù)

聚偏氟乙烯(PVDF)具有材質(zhì)柔性高、低密度、低阻抗的特點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用在傳感、仿生等領(lǐng)域，PVDF分子常見(jiàn)三種結(jié)晶形態(tài):α相、β相與γ相，其中α晶型最穩(wěn)定，可由160℃高溫?zé)嵬嘶鸬玫剑戮陀捎诰О泻袠O性較強(qiáng)的反式分子鏈，所以容易被極化，產(chǎn)生壓電效應(yīng)，可用于制備壓電薄膜，作為壓電薄膜傳感器的基礎(chǔ)材料。

壓電薄膜的質(zhì)量取決于材料中PVDF分子的結(jié)晶度、β晶型含量、分子取向一致程度等，想要提高壓電體的壓電系數(shù)，關(guān)鍵在于提高材料成型過(guò)程中β型晶體的生成比率。

在一般的工業(yè)條件或?qū)嶒?yàn)室中，PVDF壓電體的制備通常采用熱壓/流延/擠出等方法對(duì)PVDF粉末進(jìn)行結(jié)晶成型處理，這樣的PVDF薄膜中α相含量居多，繼續(xù)對(duì)薄膜進(jìn)行單軸常溫拉伸、擠出等手段，使得薄膜中部分晶體轉(zhuǎn)換為β相，但是拉伸方法容易使得PVDF薄膜中產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷且對(duì)設(shè)備要求較高，拉升比率需要得到嚴(yán)格的控制，制得的PVDF薄膜較薄，且分子取向通常較為雜亂。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種自極化復(fù)合駐極體-壓電薄膜、其制備方法及壓電薄膜傳感器，本發(fā)明中的自極化復(fù)合駐極體-壓電薄膜β相晶體占比高，同時(shí)能夠保證長(zhǎng)時(shí)間極化。

本發(fā)明提供一種自極化復(fù)合駐極體-壓電薄膜的制備方法，包括以下步驟：

A)將聚偏氟乙烯的醇溶液涂覆在第一耐高溫襯底的表面，然后去除醇溶劑，得到復(fù)合有聚偏氟乙烯膜層的第一耐高溫襯底；

B)在所述聚偏氟乙烯膜層的表面鋪設(shè)第二耐高溫襯底，得到三層結(jié)構(gòu)膜層；

所述第一耐高溫襯底為聚酰亞胺、聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯中的一種或幾種；所述第二耐高溫襯底為聚酰亞胺、聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯中的一種或幾種；

C)對(duì)所述三層結(jié)構(gòu)膜層施加壓力，并進(jìn)行電暈極化，同時(shí)在隔絕氧氣的條件下加熱至160～200℃，得到自極化復(fù)合駐極體-壓電薄膜。

優(yōu)選的，所述聚偏氟乙烯的醇溶液包括聚偏氟乙烯粉體和醇溶劑；所述聚偏氟乙烯粉體的粒徑為1nm～1μm；聚偏氟乙烯粉體與醇溶劑的質(zhì)量比為1：(1～3)。

優(yōu)選的，采用加熱蒸發(fā)的方式去除醇溶劑，所述加熱的溫度為40～70℃。

優(yōu)選的，所述聚偏氟乙烯膜層的厚度為100～500μm。

優(yōu)選的，所述施加的壓力為1～20MPa；壓力的保持時(shí)間為10～40min。

優(yōu)選的，所述第一耐高溫襯底連接電源的正極或負(fù)極，所述第二耐高溫襯底連接電源的負(fù)極或正極，施加電場(chǎng)，進(jìn)行電暈極化；

所述電場(chǎng)的強(qiáng)度為10～50MV/m。

優(yōu)選的，所述加熱的升溫速度為0.5～5℃/s；所述加熱至160～200℃后保持10～40min。

本發(fā)明提供一種自極化復(fù)合駐極體-壓電薄膜，按照上文所述的制備方法制得。

優(yōu)選的，所述第一耐高溫襯底的厚度為1～300μm；所述第二耐高溫襯底的厚度為1～300μm。