[发明专利]聚左旋乳酸纤维材料在压电器件中的应用

说明书

本发明涉及压电材料应用领域，公开了一种聚左旋乳酸纤维材料在压电器件中的应用，所述聚左旋乳酸纤维材料同时具有d₃₃方向压电性。所述聚左旋乳酸纤维材料可以采用静电纺丝方法制备，在静电场中拉伸聚左旋乳酸纤维，使聚左旋乳酸压电纤维首次表现出在d₃₃方向压电性，可以将其应用在压力传感器或者压电纳米发电机等压电器件中。本发明提供的聚左旋乳酸纤维材料在压电器件中的应用，可以克服PVDF作为压电材料的缺点。聚左旋乳酸纤维材料只具有压电性而没有热电性和铁电性，从根本上解决了热电信号的干扰。

技术领域

本发明涉及压电材料应用领域，特别涉及一种聚左旋乳酸纤维材料在压电器件中的应用。

背景技术

聚左旋乳酸(Poly-L-lactic acid，PLLA)的单体结构可以如图1所示，聚左旋乳酸(PLLA)具有的良好生物可降解性，良好的可溶性和相对高的压电性等性能，在近年来引起了越来越多的研究兴趣。PLLA材料是一种手信螺旋结构，分为左旋和右旋。一般来讲，当PLLA在经过溶液浇注法初始制备完成时，PLLA纳米纤维材料一般表现出α相，这时材料的内在结构表现为10₃螺旋结构。当在低温下经过拉伸后，PLLA纳米纤维一般表现出α’相。如果经过高温拉伸，PLLA纳米纤维则表现出β相，此时的PLLA纳米纤维就成为了3₁螺旋结构。对PLLA纳米纤维材料来说，产生压电性的主要原因是由于PLLA分子链中的永久偶极子，如C＝O响应电场或是机械拉伸下产生取向而造成的。从已有的研究来说，PLLA材料一般具有D_∞点群结构，这就意味着这种材料只具有剪切向的压电系数d₁₄和d₂₅。如果电场被施加在垂直于薄膜方向，那相应的形变就会产生在沿着薄膜轴向的剪切方向(45°)应变。图2是PLLA压电系数的D_∞点群结构形式。当垂直PLLA薄膜的方向上施加电场时，PLLA薄膜会产生剪切形变，如图3(a)所示。

对于传统的PLLA材料来讲，其经过拉伸后，通常只表现为剪切向的压电系数d₁₄。通常是由于C＝O的平行或是反平行取向引起的。当沿着PLLA薄膜的剪切向上施加电场时，PLLA薄膜会产生剪切形变，如3(a)所示。

对于传统的PLLA材料来讲，其经过拉伸后，通常只表现为剪切向的压电系数d₁₄，如果作为压电材料应用，需要复杂的处理工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以直接获得聚左旋乳酸纤维材料在d₃₃方向产生压电性，并将制备的聚左旋乳酸压电纤维材料应用于压电器件中。

为了实现上述目的，本发明提供一种聚左旋乳酸纤维材料在压电器件中的应用，所述聚左旋乳酸纤维材料具有d₃₃方向压电性。

优选的，所述聚左旋乳酸纤维材料采用静电纺丝方法制备。

优选的，采用静电纺丝方法制备聚左旋乳酸纤维材料时，湿度不高于20％RH。

优选的，采用静电纺丝方法制备聚左旋乳酸纤维材料时，温度为20℃-30℃。

优选的，采用静电纺丝方法制备聚左旋乳酸纤维材料时，注射速度在1ml/h-2ml/h，接收距离为5-15cm。

优选的，采用静电纺丝方法制备聚左旋乳酸纤维材料时，在电压为9kV-15kV的电场中拉伸所述纤维材料。

优选的，所述纤维材料的纤维直径为1μm-2μm。

优选的，所述纤维材料经过退火处理，退火温度为100℃-145℃。

优选的，退火时间为1-4小时。

优选的，所述压电器件为压力传感器或者压电纳米发电机。