[发明专利]一种挠曲电压电复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，尤其涉及一种挠曲电压电复合材料。

背景技术

压电材料，是一种在承受压力时能产生极化响应(正压电效应)或在电场下产生应变响应(逆压电效应)的功能材料，通常存在于无对称中心的晶体结构中。压电材料可以实现机械能与电能之间的转换。基于这一特点，压电材料可以应用于制备传感器、驱动器、换能器和能量回收等器件。目前应用比较广泛的压电材料是含铅压电陶瓷材料，比如锆钛酸铅基压电陶瓷材料。这类含铅压电陶瓷材料有着良好的压电性能，但是，由于这类压电材料中通常存在一个相变温度(居里温度)，当使用温度达到一定值时，会发生相变产生中心对称的晶体结构，失去压电性。一般的铅基压电陶瓷材料的居里温度低于400℃以下，限制了压电材料在高温下的使用。

近年来，人们围绕着如何提高压电材料的性能做了在大量的研究。随着对材料机电性能的研究，挠曲电效应引起人们的关注。挠曲电效应不同于压电效应，前者可以存在于所有的介电材料中，没有晶体结构上的限制。挠曲电效应的定义为材料在存在应变梯度下的极化响应(正挠曲电效应)，或者在存在电场梯度情况下的应力响应(逆挠曲电效应)。利用挠曲电效应，可以设计一种挠曲电压电材料，即设计一种结构，可以使施加在这种结构上的外力或外电场信号转化成相应的应变或电场梯度，进而通过挠曲电效应会产生相应的电极化响应或应变响应，从而材料表现出表观压电效应。这种挠曲电压电材料有两个传统压电材料无法实现的优点，第一，挠曲电压电材料的选材广泛，不受材料的对称性限制；第二，挠曲电压电材料由于没有受相变温度的限制而具有更加广泛的使用温度。

设计挠曲电压电复合材料有两个关键点，一是能够将所施加的力或者电信号转化为相应的应变或电场梯度，产生挠曲电效应，并且要尽可能产生大的梯度；二是产生的挠曲电响应能够高效率的转化为表观压电响应。目前在实验中已证明可行的有两种挠曲电压电材料，第一种是类金字塔型结构的挠曲电压电复合材料，它很好的将外力转化为了相应的应变梯度，产生挠曲电效应，从而表现出表观压电响应，但是，这种复合材料产生的表观压电响应较小。第二种弯曲型挠曲电压电复合材料能够产生很大的应变梯度，并且也有很好的挠曲电压电转换效率，但是，弯曲型挠曲电压电复合材料的结构复杂，制备工艺繁琐。因此这两种材料在实际应用中受到了很大的限制。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种挠曲电压电复合材料，本申请提供的挠曲电压电复合材料能够产生挠曲电效应。

有鉴于此，本申请提供了一种挠曲电压电复合材料，包括依次叠加设置的压头、介电材料与支撑板；所述压头与所述介电材料的接触面积与所述介电材料与所述支撑板的接触面积不同，所述介电材料与所述压头接触侧的表面和所述介电材料与所述支撑板接触侧的表面均涂敷有电极材料，所述介电材料为片状。

优选的，所述压头与介电材料的接触面积小于介电材料与压头接触侧介电材料表面的面积。

优选的，所述支撑板与介电材料的接触面积大于所述压头与介电材料的接触面积。

优选的，所述介电材料的厚度为大于0cm且小于10cm。

优选的，所述介电材料为1片，所述支撑板为1片，所述压头为1个或多个。

优选的，所述压头的形状为尖状、圆球状或平压头状。

优选的，所述介电材料为介电系数大于2的介电材料。

优选的，所述介电材料为含铋的铁电材料、含铅的铁电材料、钛酸钡基铁电材料、钛酸锶基铁电材料、(Na,K,Li)NbO₃基铁电材料或具有钨青铜结构的铁电材料。

优选的，电解材料为溅射金电极、溅射铂电极，烧银电极、溅射银电极、铝电极或钯电极。

优选的，所述支撑板的材料为氧化铝、硬质合金或天然硬质材料。

本申请提供了一种挠曲电压电复合材料，其包括依次叠加设置的包括依次叠加设置的压头、介电材料与支撑板；所述压头与所述介电材料的接触面积与所述介电材料与所述支撑板的接触面积不同，所述介电材料与所述压头接触侧的表面和所述介电材料与所述支撑板接触侧的表面均涂敷有电极材料，所述介电材料为片状。本申请的挠曲电压电复合材料通过对压头施加压力，由于介电材料两面受力不对称且由于介电材料表面的电极材料，使介电材料中在受力点附近出现较强的应变梯度，产生挠曲电效应，进而表现出表观的压电效应。

附图说明

图1为本发明挠曲电压电复合材料的截面结构示意图。

具体实施方式