[發(fā)明專利]一種柔性壓電復(fù)合材料、柔性電子皮膚及其制備方法

在審

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• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112625382A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹永剛;施鈞輝;任丹陽;陳睿黽
• 申請（專利權(quán)）人: 之江實(shí)驗(yàn)室
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08K3/14;C08K3/28;C08J5/18;H01L41/18;H01L41/193;H01L41/338;H01L41/37
• 代理公司: 北京志霖恒遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11435
• 代理人: 奚麗萍

本發(fā)明是一種柔性壓電復(fù)合材料、柔性電子皮膚及其制備方法，一種柔性壓電復(fù)合材料的制備方法：(1)稱取壓電聚合物粉末加入有機(jī)溶劑溶液，(2)在上述(1)中的溶液中加入二維片層的MXene粉末，(3)取上述(2)中所制得的分散液用勻膠機(jī)在基底上進(jìn)行旋涂處理，(4)將上述(3)中旋涂完畢的基底放入真空干燥箱中真空退火，(5)將上述(4)中所制得的薄膜在高壓電場環(huán)境下進(jìn)行極化；一種柔性電子皮膚的制備方法：(1)將上述得到的柔性壓電薄膜進(jìn)行剪裁成長條狀，(2)將各條薄膜分別沿橫、豎方向覆蓋在待測物表面，具有高度取向排列的、高β相含量、高壓電性能、柔性好的PVDF基復(fù)合材料，最終應(yīng)用于柔性電子皮膚中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種功能材料領(lǐng)域，具體是一種柔性壓電復(fù)合材料、柔性電子皮膚及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來隨著可穿戴電子設(shè)備的快速發(fā)展，柔性電子皮膚作為人機(jī)交互中最為重要的一部分更是得到人們密切的關(guān)注。聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物既具有柔性、化學(xué)惰性等優(yōu)點(diǎn)，又具有壓電性且靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，因而被認(rèn)為是制作可穿戴壓力傳感器的理想材料。PVDF作為一種典型的多晶型聚合物，包含α，β，γ，δ，ε五種晶型，其中只有β，γ兩種晶相具有壓電性能，在制備的PVDF及其共聚物薄膜中，大多數(shù)組成成分為不具有壓電性能的α相，具有壓電性能的β相含量一般較低，這種現(xiàn)象也在一定程度上限制了PVDF及其共聚物薄膜在可穿戴器件領(lǐng)域的應(yīng)用；因而，通過提高PVDF及其共聚物中β相的組分而提高其壓電性能一種有效的方法，目前在PVDF及其共聚物薄膜的制備過程中，通常只采用熱極化、電暈極化、熱處理等方式將α轉(zhuǎn)化為β相以提高其壓電性能，但是此類方法所能達(dá)到的效果有限。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種柔性壓電復(fù)合材料、柔性電子皮膚及其制備方法，可以有效的解決上述問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種柔性壓電復(fù)合材料，將MXene二維材料引入PVDF及其共聚物中，所述MXene表面具有豐富的官能團(tuán)-OH、-O、-H、-F，所述官能團(tuán)與PVDF基聚合物分子鏈之間形成氫鍵，實(shí)現(xiàn)對PVDF分子鏈的取向排列，制備出β相含量高的柔性壓電聚合物薄膜。

一種柔性電子皮膚，包括柔性MXene/PVDF基柔性復(fù)合材料薄膜編織成布、在柔性壓電復(fù)合薄膜上下面分別鍍有電極層以及在兩個(gè)電極層上分別設(shè)有保護(hù)層。

一種柔性電子皮膚的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將上述得到的柔性壓電薄膜進(jìn)行剪裁成長條狀的薄膜帶；

(2)將各條薄膜分別沿橫、豎方向覆蓋在待測物表面，形成柔性電子皮膚。

進(jìn)一步的，所述柔性電子皮膚的定位方法為：按壓所述柔性電子皮膚上的某個(gè)點(diǎn)時(shí)，監(jiān)測其產(chǎn)生壓電效應(yīng)的位置，通過該位置的橫向和豎向的薄膜帶定位該點(diǎn)的具體位置，從而實(shí)現(xiàn)所述柔性電子皮膚定位。

一種柔性壓電復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)稱取壓電聚合物粉末加入有機(jī)溶劑溶液，攪拌均勻，得到均勻的溶液；

(2)在上述(1)中的溶液中加入二維片層的MXene粉末，經(jīng)過超聲震蕩處理后，得到MXene均勻分散在溶液中的分散液；

(3)取上述(2)中所制得的分散液用勻膠機(jī)在基底上進(jìn)行旋涂處理；

(4)將上述(3)中旋涂完畢的基底放入真空干燥箱中真空退火，將薄膜從基底上取下，得到柔性壓電聚合物薄膜材料；

(5)將上述(4)中所制得的薄膜在高壓電場環(huán)境下進(jìn)行極化得到柔性壓電復(fù)合薄膜材料，將柔性壓電復(fù)合薄膜材料的上下表面通過磁控濺射的方法制備出電極層。