[发明专利]将具有压电特性的颗粒嵌入或散布到层内的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将具有压电特性的颗粒(例如石英颗粒)嵌入或散布到层或基底(优选地包含可极化聚合物)内的工艺或方法，所述层或基底可被电磁场改性从而将其电阻率从绝缘体改变为导体或者从导体改变为绝缘体。本发明还涉及获得的基底、所述颗粒以及它们的应用。

发明内容

在我们引用的其它专利申请中，申请人描述了一种例如可通过激光极化的基底或涂料，其中使一些石英散布以便还将压电特性赋予涂料。

当经受外力时石英能够产生电信号(电压和电流)，该电信号通过涂料中形成的导电轨迹传播到期望的地方。如果经由上述轨迹电气地提供适当的脉冲，则石英自身能够施加力给涂料或基底。

仍旧存在着如何方便地把像上述石英之类的具有压电效应的颗粒嵌入到涂料或基底中以达到期望的效果的问题。

本发明通过权利要求1限定的方法来解决该问题。

具体实施方式

当使用石英时，有利的是在基质(matrix)或基底中(优选地在溶剂的基质或基底中)散布含有石英的烧结材料(被称为“加载石英(loaded quartz)”)，该烧结材料设置有微电极(优选地为金属微电极)以收集或发送电荷。一种用于加载石英的方法涉及在高温(约700℃)下升华石英层上方和下方的两个导体片，在1000℃下将其烧结，然后冷却至约200℃，然后将其暴露于约3000V/cm的电场，以便使具有电极的所有石英颗粒平行且彼此并排地布置。设置在两个导电片之间的定向石英的夹层结构得以产生。

根据本发明的构思，这种夹层被研磨以形成如期望那样小的石英颗粒P(参见图1)，这些石英颗粒P各自具有两个电极E。颗粒P然后被散布在基底中。

石英自身实际上仅仅是颗粒的压电成分的实施例的一个实例。任何具有压电特性的材料能够替代石英。特别地，已证明有利的是使用内部具有PZT的颗粒，因为其铅(Pb)和钛(Ti)成分在PZT内充当石英成分的反电极。

通常来说，另一个问题是所述具有压电特性的颗粒的取向。参见图1，其示出例如相互比较的定向石英颗粒。特别是当石英或PZT跟随脉动力或负载而产生电荷脉冲时，仅在石英或PZT被定向为平行于脉动力的方向的情况下才能产生最大能量。也就是说，每个石英或PZT颗粒的微电极应该与力的作用线对齐，以便接收其最大分量。此外，每个应用可能需要不同的定向。例如，如果加载力是车辆且基底被放置在道路上，则清楚的是，石英或PZT优选地应该相对于路面的法线朝向到来的车辆倾斜。只有这样才能利用由于在基底上施加的运动而产生的分量。

上述烧结技术可以至多产生(参见图1，左侧)散布于基底10中的石英Q，所：述石英Q具有两个电极E，其轴线X被定向为基本上垂直于基底10的主面S(平行于与S正交的线H)。

本发明通过权利要求4或21中表征的方法来解决这个问题，其中限定了一种用于定向散布于材料层内的具有压电特性的颗粒的方法，所述材料层可被电磁场改性从而将其电阻率从绝缘体改变为导体或者从导体改变为绝缘体，其特征在于用磁场作用于颗粒以定向颗粒。

利用磁场不仅使得能够把所有颗粒Qinv(参见图1的右侧或者图3中的左侧的颗粒90)定位在任何期望的取向(Y轴)上，而且这发生在甚至非常低的温度(例如，最高150℃)下，在该温度下基底仍处于凝胶形态且不干燥，并且不会有高温所致的恶化的风险。然而，现有技术将电场施加于固体夹层而不是流体基底，需要把材料加热到高温，具有随之而来的恶化问题。颗粒Qinv90的轴线X可以简单地通过把磁场指向期望的方向而随意得到定向。颗粒Qinv90漂浮在将要凝固的基底10中并且发生旋转从而未受到太多阻力地使自身得到定向。

总之，可以单独地或者结合地使用上面阐述的两种方法。

用磁场定向颗粒的解决方案也可以用于那些含有代替石英的PZT的颗粒，具有通过在颗粒结构(参见图2的颗粒90)中嵌入一层或任何铁磁性金属(具有1至4个自由电子)而获得的改善。颗粒90由PZT的内层60形成，在内层60上设置铁磁性金属(例如廉价的铁)的层或组分54。该结构被设置在两个外部导电层50、64(例如由诸如银的金属构成)之间。对于层54，例如铁氧体或钴铁氧体或一般含铁结构(generic ferrous structure)也可使用。层50、64用于收集在PZT中产生的电荷或者把电信号引导到颗粒90。

应注意的是，颗粒90的结构是创新的。