[发明专利]压电驻极体薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电驻极体薄膜及其制备方法，特别涉及一种通过纳米线模板加工制造的压电驻极体薄膜及其制备方法。

背景技术

常见的电介质在外电场作用下发生极化,当去除外电场,电介质的极化现象也随之消失。驻极体是具有长久电荷的电介质，它的电荷可以是因极化而被“冻结”的极化电荷，也可以是陷入表面或体内“陷阱”中的正、负电荷，与钢棒经磁化后具有剩磁成为永磁体类似，人们也把具有长久保留电荷的电介质叫永电体,习惯上称为驻极体。

驻极体在工业技术、医学、生物学等领域都有应用，主要有驻极体传声器、驻极体空气过滤器和传真图像记录等。驻极体可制成医用材料,如我国首创的消炎止痛膜用于治疗伤痛，已取得良好的疗效，获得国际尤里卡发明金奖，并已批量生产；驻极体薄膜的电场有阻止血栓形成作用，有希望成为人造血管的材料等等。

随着人们对驻极体的研究和应用，制备的材料不再用天然材料的混合物,而是大量使用人工制造的聚合物材料，如聚四氟乙烯(PTFE)，聚偏二氟乙烯(PVDF)等,聚合物驻极体具有更好荷电能力和优良的机械性能,可制成微米量级的薄膜。用热极化法制备时，加热温度应稍高于聚合物的玻璃化温度(聚四氟乙烯约150~200摄氏度)，所用电场约0.1~1千伏每厘米，极化时间约几分钟到1小时，此期间保持恒温。而制备方法除热极化法之外,还有电晕法,电子射线法和液体接触法等。

近年来有多篇文献公开了封闭的外层和多孔或者穿孔的中间层组成的多层系统。多孔压电驻极体是带有过剩电荷的孔洞结构聚合物薄膜材料/结构。多孔压电驻极体薄膜具有优越的压电性能，其厚度方向的压电系数通常达到数百pC/N，与压电陶瓷的压电系数相当甚至更高，是一种新型的机电传感材料/结构。再加上拥有聚合物的柔顺性、可大面积成膜、低成本，使得多孔压电驻极体薄膜材料在柔性功能电子器件和机电智能传感器件方面具有重要应用前景。

最近公开了具有多孔或穿孔中间层的层系统经常具有比上述系统大出很多的压电常数，但是这些中间层是不能用固体外层可靠的层合。而且对中间层的穿孔通常是非常耗时的。特别是将空腔的大小做到纳米级在现有技术中是很难实现的。纳米级的空腔具有很高的内比表面，应用到驻极体薄膜中，可以更有效的存储电荷，使得驻极体薄膜在形变过程中，输出的电能更大。然而由于规则纳米线阵列的制备具有一定的难度，需要借助一些昂贵的仪器，制作成本太高。

现有技术中，由于没有合适的模板或者方法可以将空腔的大小做到纳米级，所以亟需开发一种简便的、廉价的，能大规模生产具有纳米级空腔的压电驻极体薄膜。

发明内容

本发明解决技术问题是：通过纳米线模板得到一种孔腔达到纳米级的压电驻极体薄膜的方法及其得到的压电驻极体薄膜。

具体来说，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种压电驻极体薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将聚合物溶液涂覆在具有纳米线的模板上，之后进行干燥；干燥后将该模板移除得到具有纳米线孔的第一聚合物膜；

（2）将步骤（1）干燥后的至少一个第一聚合物膜与第二聚合物膜结合形成空腔；以及

（3）通过极化使步骤（2）形成的空腔内上下表面分布相反电荷，从而形成压电驻极体薄膜。

其中，空腔的宽度为50-500纳米，深度为100纳米-3微米，空腔间距为100-500纳米。

其中，步骤（1）所述的模板移除是是通过将纳米线蚀刻进行移除。

其中，ZnO纳米线模板采用稀酸进行移除，Si纳米线采用氟化氢和双氧水的混合溶液进行移除。

其中，在步骤（1）所述具有纳米线的模板是垂直生长的硅纳米线模板或氧化锌纳米线阵列模板，所述纳米线的断面形状选自规则矩形、六边形、圆形或正方形

其中，在步骤（1）所述具有纳米线的模板是垂直生长的硅纳米线模板或氧化锌纳米线阵列模板，所述纳米线的断面形状选自不规则的形状。

其中，步骤（1）所述涂覆的方式是旋转涂覆或静电喷涂。

其中，步骤（1）中，聚合物的涂覆厚度大于纳米线的高度。

其中，所述聚合物选自如下聚合物组中的一种或几种：聚偏氟乙烯（PVDF）、氟化乙丙稀共聚物(FEP)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酞亚胺(PI)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。

其中，步骤（2）中结合的方式选自如下方式的一种或几种：层合、粘合、夹紧、钳夹、螺纹连接、铆接或/或焊接。