[发明专利]一种聚合物功能器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能器件的制造方法，尤其涉及一种聚合物功能器件的制造方法。

背景技术

功能器件得到人们越来越多的研究和使用。压电元件作为一种常用功能器件，其将压力转换为电信号的元件，其包括压电材料层以及位于该压电材料层两侧的电极层。当在该压电元件表面施加压力时，可在该两电极层检测到相对应的电信号输出。该压电材料层由具有压电效应的材料制成，现有技术中较为常用的压电材料为压电陶瓷，如钛酸钡、钛酸铅及镐钛酸铅等，以及压电聚合物，如聚偏氟乙烯( PVDF)等。

聚偏氟乙烯及其共聚物作为最常见的有机压电聚合物。由于它们具有良好的柔韧性并易制成大面积的薄膜，因而在音频和超声传感器、生物医学传感器、机电换能器以及热释电和光学器件中具有重要的应用前景。但其致动能力低下，在150MV/m 电场下，其电致伸缩应变仅为7%。因此，本领域研究人员希望找到提高电致伸缩应变的可以代替聚偏氟乙烯的压电聚合物，提高压电器件的性能。

发明内容

本发明公开了一种聚合物功能器件的制造方法，包括如下步骤：

准备压电聚合物，将该压电聚合物在160～190℃加热，使该压电聚合物受热分解；

将该压电聚合物材料与粘结剂以及挥发性溶剂混合形成浆料；将该浆料涂覆于第一电极层表面，形成第一压电层；

干燥该第一压电层；

在第一压电层表面涂覆第一过渡层；

在该第一过渡层表面涂覆离子交换增强层；

在离子交换增强层表面涂覆第二过渡层；

将上述浆料涂覆于第二过渡层表面，形成第二压电层；

干燥该第二压电层；以及

将第二电极层覆盖于该压电层表面并相互压合；

其中，第一电极层与第二电极层具有不同的功函数，离子交换增强层包含离子交换增强材料和纳米导电颗粒；离子交换增强材料为聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯或聚乙烯醇，纳米导电颗粒为碳纳米管、石墨烯或金属纳米颗粒；第一过渡层和第二过渡层为聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯或聚乙烯醇；

该压电聚合物为具有化学结构式（I）的材料；

其中

n和m各为大于1的整数；

p为0或大于1的整数；

X和Z各为经取代或未经取代的C₄-C₆₀芳香族单元或脂肪族单元；

Y为经取代或未经取代的C₂-C₄₀脂肪族单元；和

G₁、G₂、G₃和G₄各为经取代或未经取代的C₁-C₁₂脂肪族基。

本发明的有益效果是：以新颖的压电聚合物材料形成压电层，制备得到了新颖的压电元件。该压电元件通过具有不同功函数的金属与压电聚合物相互层叠，当受到压力作用时，该压电层与第一电极层和第二电极层具有不同的肖特基接触，从而产生电势差。该压电元件的电致伸缩应变比以聚偏氟乙烯作为压电聚合物的压电元件提高5～7％。

附图说明

图1是根据本发明的方法制造的聚合物功能器件的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更清楚地理解本发明的技术方案，以下将结合附图详细说明本发明的聚合物功能器件及其制造方法。

如图1所示，本发明的聚合物功能器件包括依次层叠的第一电极层1、第一压电层2、第一过渡层3、离子交换增强层4、第二过渡层5、第二压电层6和第二电极层7。离子交换增强层4设置在第一过渡层3和第二过渡层5之间，从离子交换增强层4的一个表面由内向外依次是第一过渡层3、第一压电层2和第一电极层1，从离子交换增强层4的另一个表面由内向外依次是第二过渡层5、第二压电层6和第二电极层7，形成七层贴合层叠设置结构。

第一压电层2和第二压电层6的材料均包括具有化学结构式（I）的材料；

n和m各为大于1的整数；

p为0或大于1的整数；

X和Z各为经取代或未经取代的C₄-C₆₀芳香族单元或脂肪族单元；