[发明专利]一种提高聚合物材料压电响应的方法

说明书

本发明提供了一种提高聚合物材料压电响应的方法，对非平面的聚合物薄膜在极化后施压，使聚合物薄膜产生褶皱和大位移形变。由于聚合物材料密度低，模量小，柔性好，适用于器件应用，得到大应力和基于应力的提高得到的提升的压电响应。而且聚合物的力学可靠性好，在外力作用下，不易发生破裂，因此，本发明通过对非平面的聚合物薄膜施压，使得聚合物薄膜产生大形变褶皱和大的不均匀应变，应力集中在薄膜的特定区域，产生很大的非均匀形变，从而产生很高的压电响应。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种提高聚合物材料压电响应的方法。

背景技术

压电材料是极性材料，它们对于机械变形能够产生响应电荷(正效应)，在电场下有形状变化(逆效应)。压电材料在传感器、驱动器、转换器和能量采集装置等领域都有重要应用。无机压电材料，尤其是指锆钛酸铅基材料由于具有高压电系数得到了广泛的应用，他们的压电系数d₃₃可达几百pC/N。但是它们易碎和密度大的缺点限制了它们的应用。现在柔性电子材料和可穿戴材料(特别是PVDF基高分子)等发展很快，PVDF基高分子材料具有很好的柔韧性和生物相容性，而且它们密度小，加工方便。这些优点使得它们得到全世界的广泛关注，现在它们的发展已经基本成熟并达到生产规模。但是和无机压电材料相比较，高分子压电材料的压电系数d₃₃较小，一般不超过50pC/N。小的压电系数和响应限制了高分子材料的实际应用。

近年来，人们围绕着如何提高压电材料的性能做了大量的研究。但是现在的聚合物压电材料的压电性能还是远低于无机物的压电性能。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种提高聚合物材料压电响应的方法，本发明提供的的方法可以显著提高聚合物材料的压电响应。

本发明提供了一种提高聚合物材料压电响应的方法，对非平面的聚合物薄膜在极化后施压，使聚合物薄膜产生褶皱和大位移形变，得到大应力和基于应力的提高得到的提升的压电响应。

优选的，包括以下步骤：

A)在所述非平面的聚合物薄膜的上下表面分别制备导电电极后极化，使得材料内部产生宏观极化；

B)在所述极化后的非平面的聚合物薄膜的上下表面分别设置金属板；

C)通过对金属板施压，使聚合物薄膜产生大位移形变和大应力，获得高应变，输出压电电信号。

优选的，所述聚合物薄膜选自高介电性能的铁电聚合物材料薄膜。

优选的，所述高介电性能的铁电聚合物材料薄膜选自聚偏氟乙烯及其共聚物中的一种，尼龙或聚乳酸。

优选的，所述非平面的聚合物薄膜为拱形或立体三角形薄膜。

优选的，所述拱形薄膜的厚度为0.001～10000μm，所述拱形薄膜的高度为0.001～10.0mm，所述拱形薄膜的曲率半径为0.001～10000mm；所述立体三角形薄膜的厚度0.001～10000μm，所述三角形薄膜的高度为0.1～3.0mm。

优选的，所述导电电极选自银，金或铝电极。

优选的，所述极化为在直流电压下极化，所述极化的电场为10～200MV/m，极化的温度为室温～110℃，极化的时间为0.1s～48h。

优选的，所述金属板选自不锈钢板，铝板或铜板。

优选的，所述施压的压力为0.01～1000N。