[发明专利]一种双向梯度短纤维压电复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种双向梯度短纤维压电复合材料，其特征在于，包括叉指电极和位于所述叉指电极的上下电极之间的压电纤维复合层，所述压电纤维复合层包括沿轴线方向依次相连的多个短纤维压电复合单元，多个所述压电复合单元的轴向长度呈梯度变化，每个所述短纤维压电复合单元均包括多根极化短压电纤维和多根聚合物纤维，多根极化短压电纤维和多根聚合物纤维交替拼接，每根所述聚合物纤维的两侧分别与一个所述极化短压电纤维相连，且相邻两个所述短纤维压电复合单元中的所述极化短压电纤维的极化方向相反，多个所述极化短压电纤维在拼接方向上的宽度呈梯度变化；

所述极化短压电纤维的轴向长度与所述叉指电极中相邻指电极之间的距离相适应；所述聚合物纤维的材质为环氧树脂、酚醛树脂或聚酯树脂。

2.根据权利要求1所述的双向梯度短纤维压电复合材料，其特征在于，多个所述短纤维压电复合单元沿轴线方向依次粘结，粘结材料为导电胶。

3.根据权利要求2所述的双向梯度短纤维压电复合材料，其特征在于，所述导电胶为聚合物导电胶，所述聚合物导电胶的聚合物体系为环氧树脂或硅酮，所述聚合物导电胶的导电体系为Cu、Ag或Ni。

4.根据权利要求2所述的双向梯度短纤维压电复合材料，其特征在于，所述导电胶与所述叉指电极中的指电极的中心对齐。

5.根据权利要求1所述的双向梯度短纤维压电复合材料，其特征在于，所述叉指电极为柔性叉指电极，所述柔性叉指电极的基体材料为聚酰亚胺或聚酯薄膜，所述柔性叉指电极的电极材料为Cu、Ag或Au。

6.根据权利要求1所述的双向梯度短纤维压电复合材料，其特征在于，所述极化短压电纤维的材质为压电陶瓷或压电单晶。

7.一种双向梯度短纤维压电复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将多个压电薄层和多个聚合物薄层交替叠加得到压电复合结构，每个所述聚合物薄层的两侧分别与一个所述压电薄层相连，且多个所述压电薄层的宽度呈梯度变化，沿所述压电薄层所在平面的长度方向为第一方向，沿所述压电薄层所在平面的宽度方向为第二方向；

沿垂直于所述压电薄层所在平面的方向进行一次切割，且沿所述第一方向将所述压电复合结构分为多个压电复合单元，再将多个所述压电复合单元沿所述第一方向进行极化，然后将极化后的多个所述压电复合单元依次粘结得到极化压电复合结构；

其中，在所述一次切割过程中相邻两个切割面的间距为切割间距，多个所述切割间距呈梯度变化，粘结过程中的粘结面为所述一次切割过程的切割面，且相邻两个所述压电复合单元的极化电场强度相同且极化方向相反；

将所述极化压电复合结构沿垂直于所述压电薄层所在平面的方向进行二次切割，且沿所述第二方向将所述极化压电复合结构分为多个压电纤维复合层；

将所述压电纤维复合层与柔性叉指电极进行封装。

8.根据权利要求7所述的双向梯度短纤维压电复合材料的制备方法，其特征在于，所述压电薄层的厚度变化范围为0.2-3mm，相邻两个所述压电薄层的厚度差值为0.02-1mm，所述聚合物薄层的厚度为0.05-2mm。

9.根据权利要求7所述的双向梯度短纤维压电复合材料的制备方法，其特征在于，在所述一次切割过程中，所述切割间距为0.2-5mm，且相邻两个所述切割间距的差值为0.05-1mm。