[發明專利]003型柔性壓電復合材料、柔性多層致動器及制備方法

有效

• 申請號: 202110708747.2
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113257991B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 任丹陽;施鈞輝;尹永剛;陳睿黽;李馳野
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: H01L41/18
• 分類號: H01L41/18;H01L41/09;H01L41/22;H01L41/37
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種003型柔性壓電復合材料、柔性多層致動器及制備方法。柔性壓電復合材料的制備方法為在PVDF基聚合物中摻雜具有多官能團氧化石墨烯作為導電相，其官能團有?COOH、?OH、?CH(O)CH?等，這些官能團可與PVDF基聚合物分子鏈中的極性F原子形成氫鍵，既成為多官能團氧化石墨烯與聚合物之間的鏈接橋梁、使復合物間組分分散均勻避免發生團聚現象，又可實現對PVDF基聚合物分子鏈的取向排列，最終制備成為高度取向排列、高β相含量、高壓電性能、柔性好的PVDF基復合材料，最終應用于柔性多層致動器中，此類致動器具有較高的機電耦合系數。

技術領域

本發明屬于壓電材料技術領域，尤其涉及一種003型柔性壓電復合材料、柔性多層致動器及制備方法。

背景技術

壓電致動器是利用壓電材料的逆壓電效應制成的一類驅動器件。逆壓電效應是指當在壓電材料的極化方向施加電場時，壓電材料會在一定方向上產生機械變形或機械壓力，當外加電場撤去時，這些變形或應力也隨之消失。壓電致動器因其體積小、驅動位移大、驅動電壓低等優點被廣泛應用在精密驅動、微電子等行業。目前制備多層壓電致動器多為剛性器件，近年來隨著柔性電子器件的發展，柔性多層致動器也得到了人們的密切關注。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種003型柔性壓電復合材料、柔性多層致動器及制備方法。本發明制備了一種添加導電相的聚合物類壓電材料/非聚合物類壓電材料柔性復合壓電薄膜材料，具有較好的柔韌性、較高的壓電性能以及較高的機電耦合系數，提高其在可穿戴器件領域尤其是柔性致動器件方面的應用。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種0-0-3型柔性壓電復合材料，主要由聚合物類壓電材料、非聚合物類壓電材料和氧化石墨烯復合得到；所述非聚合物壓電材料為壓電陶瓷或壓電單晶；所述氧化石墨烯的官能團與聚合物類壓電材料中的極性F原子通過氫鍵的方式結合。

進一步地，所述氧化石墨烯的制備方法包括：通過高錳酸鉀、濃硫酸、硝酸鈉與石墨反應，得到氧化石墨；而后氧化石墨表面親水官能團與水分子作用以增大片層間隙，再采用超聲振動實現氧化石墨烯片層剝離，最終制備得到氧化石墨烯。

進一步地，所述聚合物類壓電材料為PVDF或PVDF基共聚物。

進一步地，所述PVDF基共聚物包括P(VDF-TrFE)、PVDF-HFP、P(VDF-CTFE)、P(VDF-TrFE-CTFE)。

進一步地，所述壓電單晶選自PMN、PMN-PT、PZN-PT、鈮酸鋰、鉭酸鋰；所述壓電陶瓷為PZT。

一種上述0-0-3型柔性壓電復合材料的制備方法，包括以下步驟：制備氧化石墨，超聲剝離得到氧化石墨烯；然后加入到有機分散劑中，震蕩，使分散均勻，得到分散劑/氧化石墨烯溶液；再加入聚合物類壓電材料，攪拌，使分散均勻，得到分散劑/氧化石墨烯/聚合物類壓電材料溶液；最后加入非聚合物類壓電材料，攪拌、超聲分散，得到的氧化石墨烯/聚合物類壓電材料/非聚合物類壓電材料溶液為0-0-3型柔性壓電復合材料。

進一步地，所述極性有機分散劑選自DMF、DMAc、丙酮。

一種柔性多層致動器，包含上述0-0-3型柔性壓電復合材料。

一種上述柔性多層致動器的制備方法，包括以下步驟：在硅基底上濺射金屬層作為第一電極層，而后將所述0-0-3型柔性壓電復合材料涂覆在電極層上成型得到壓電薄膜，而后在壓電薄膜表面濺射金屬層，作為另一側電極；而后依次重復在電極上涂覆成型得到壓電薄膜并濺射電極，最終得到柔性多層致動器。

進一步地，所述0-0-3型柔性壓電復合材料通過流延法或勻膠旋涂法，成型得到壓電薄膜；單個電極層為單層金屬或多層金屬，各層金屬獨立地選自金、鉑、銅、鈦。