[发明专利]一种用于柔性压电材料的复合膜及制备方法

说明书

本发明公开了一种用于柔性压电材料的复合膜及制备方法。所述压电复合膜由以下步骤制得：a、将聚偏氟乙烯、氧化锌量子点、增塑剂、抗老化剂、有机盐加入溶剂中制成纺丝液；b、通过静电纺丝制备氧化锌量子点/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜；c、将钛酸钡分散于硅溶胶中后喷雾沉积在纳米纤维膜材料表面，即得用于柔性压电材料的复合膜。所述方法具有以下有益效果：本发明加入的氧化锌和钛酸钡形成的异质结构，二者的压电性能均起到积极的作用，同时制得的氧化锌量子点/聚偏氟乙烯复合纳米纤维膜，氧化锌量子点显著提高了聚偏氟乙烯的结晶度，进而提升了材料的压电性能，可广泛用于柔性压电材料中。

技术领域

本发明涉及压电材料领域，具体涉及复合膜的制备，尤其是涉及一种用于柔性压电材料的复合膜及制备方法。

背景技术

压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。利用压电材料的这些特性可实现机械振动（声波）和交流电的互相转换。因而压电材料广泛用于传感器元件中，例如地震传感器，力、速度和加速度的测量元件以及电声传感器等。压电材料中，常用的钛酸钡材料本身具有优良的介电性能、压电性能和铁电性能，因此多被 用于传感器、热敏电阻、光电器件等。另外，氧化锌材料是一种新型的宽带隙半导体，其具有的半导体和压电耦合特性，使其成为制备压电器件的重 要材料，目前已有很多研究人员用氧化锌制备出了多种结构的压电发电机和压电传感器。

在压电膜材料中，PVDF 以熔融状态结晶可得到α相的晶体，但是由于其分子中总偶极矩为零，所以无极性，因此α相的晶体不表现压电性，而分子链为TTTT全反式构象的β相，偶极平行排列，自发极化大，具有很强的压电效应，因此，需要将其转变为β相的才能使用。为提高PVDF的β相的含量，最为有效的是拉伸方法，但在拉伸过程中，常会引入晶格缺陷，同时对于薄膜的强电场极化也较难实现。因此，找到一种有效的方法来提高其β相成为了近年来研究PVDF压电材料的一大热点。

专利申请号201510231551.3公开了一种制备铜基纳米氧化锌-聚偏氟乙烯复合材料的方法，具体涉及制备步骤为：（1）以铜片为基材在热水浴中通过化学浴沉积法制备氧化锌纳米锥膜；（2）配置聚偏氟乙烯低固含量的氮氮二甲基甲酰胺溶液；（3）通过热固化成膜的方法在氧化锌纳米锥膜表面制备聚偏氟乙烯薄膜，得到一种具有一定疏水性的铜基纳米氧化锌-聚偏氟乙烯复合薄膜材料，该材料未来将广泛应用于铜基材料的表面修饰以及在压电铁电材料领域的应用；制备工艺简单，成本低廉，利于工业化操作和生产。

专利申请号201510679023.4公开了一种聚偏氟乙烯/氧化锌量子点复合薄膜的制备方法，于氧化锌量子点的分散液中注入聚偏氟乙烯溶液，然后加入八乙烯基八硅倍半氧烷并超声混合，制得半透明均匀溶液；后通过溶液流延法及真空干燥获得聚偏氟乙烯/氧化锌量子点复合薄膜。该发明所述的聚偏氟乙烯/氧化锌量子点复合薄膜的制备方法，其复合薄膜的结晶度可达55%，且该制备方法工艺先进、操作简便，参数准确翔实，无污染，是十分理想的制备柔性压电材料的方法。

专利申请号201710119413.5公开了一种高纯度β相PVDF膜、制备方法以及其在压电膜制备中的应用。PVDF膜中的结晶相是以完全β相的PVDF组成的，其制备方法利用了离子液体作为稀释剂的热致相分离法；在此基础上，对这种完全β相PVDF膜施加强直流电场进行极化，使膜中的电畴沿电场方向重新排列，从而提高膜的压电性能；对极化得到的压电膜施加交变信号，在交变电场中，PVDF分子链发生同步伸缩运动，从而带动PVDF膜作高频振动，实现PVDF膜的自清洁功能。该发明的优点在于：对β相PVDF膜进行压电极化，使得PVDF膜极化后的压电性能显著增强，所需的极化电场强度大幅降低，制备过程简单，绿色环保，制得的膜具有通量高，强度大，抗污染性能好的特点。