[发明专利]压电复合材料、压电复合薄膜及其制备方法、应用和压电器件

说明书

本发明涉及一种压电复合材料、压电复合薄膜及其制备方法、应用和压电器件。该一种压电复合材料包括如下组分：有机材料、无机压电陶瓷材料及铅纳米线，所述铅纳米线和所述无机压电陶瓷材料分布于所述有机材料中。上述压电复合材料在无机压电陶瓷材料和有机材料中掺杂铅纳米线作为导电相，以提高有机材料的介电常数，缩小了有机基体材料和无机压电陶瓷材料之间的介电常数差异，平衡了有机材料和无机压电陶瓷材料的极化程度，故而制得的上述压电复合材料能够同时具有较高的压电性能和可弯折性。

技术领域

本发明涉及压电材料技术领域，特别是涉及一种压电复合材料、压电复合薄膜及其制备方法、应用和压电器件。

背景技术

随着目前VR、人工皮肤、可绕折传感器等触觉反馈器件的发展，对于压电材料的要求也日益提高。具体地，同时具有良好的压电性能和可弯折性的压电材料成为行业的研究热点。

目前的压电材料主要有：无机压电陶瓷材料、压电聚合物及压电复合材料。其中，无机压电陶瓷材料的D33(压电常数，是衡量压电性能的一个常数)较高，压电性能优越，然而其具有硬而脆、无可弯折性、制膜困难等缺点，通常用于制备刚性压电器件。压电聚合物具有良好的延展性和可弯折性，但其电压性能欠缺，D33很低，其D33仅为无机压电陶瓷材料的1/10，甚至更低。压电复合材料一般由无机压电陶瓷材料与压电聚合物或有机基体材料进行复合，其设想是期望复合后的材料同时具有无机压电材料的高压电性能及压电聚合物或有机基体材料的可弯折性，但根据现有文献的研究表明，实际生产中该复合材料在极化后的压电性能很低，甚至低于压电聚合物。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够在具有较高的压电性能的基础上提高可弯折性的压电复合材料、压电复合薄膜及其制备方法、应用和压电器件。

本发明的一个方面，提供了一种压电复合材料，包括如下组分：有机材料、无机压电陶瓷材料及铅纳米线，所述铅纳米线和所述无机压电陶瓷材料分布于所述有机材料中。

上述压电复合材料在无机压电陶瓷材料和有机材料中掺杂铅纳米线作为导电相，以提高有机材料的介电常数，缩小了有机基体材料和无机压电陶瓷材料之间的介电常数差异，进而提高了其中的无机压电陶瓷材料的极化程度。具体地，铅纳米线作为导电相有如下优势：1)导电性能适中，导电性太强则会显著增加压电复合材料的介电损耗，极化时漏电流偏大容易发生薄膜击穿；导电性太弱，则无法起到良好的导电作用，甚至影响压电复合材料的力学性能；2)铅纳米线的特定形态使其掺杂在无机压电陶瓷材料和有机材料中能够形成网络结构，铅纳米线之间的相互卷曲、搭接可以起到传递电场的作用，可使深层的无机压电陶瓷材料得到充分极化；3)铅纳米线与无机压电陶瓷材料的接触面在制膜、干燥过程中发生氧化，可并入无机压电陶瓷材料晶格，使电场能够更有效地传递至无机压电陶瓷材料，以促使无机压电陶瓷材料充分极化。因此，上述压电复合材料，其中无机压电陶瓷材料的极化程度能够得以提高，平衡了有机材料和无机压电陶瓷材料的极化程度，故而制得的上述压电复合材料能够同时具有较高的压电性能和可弯折性。

在其中一些实施例中，在所述无机压电陶瓷材料和所述有机材料的总量中，所述无机压电陶瓷材料的质量含量为50％～90％；

在所述有机材料、所述无机压电陶瓷材料和所述铅纳米线的总量中，所述铅纳米线的质量含量为0.5％～10％。铅纳米线的导电性适中，掺杂比例小于10wt％即可对无机压电陶瓷材料的极化程度起到较大影响，掺杂比例过高可能影响到薄膜的力学性能；通过控制各组分的配比，使制得的压电复合材料获得更好的压电性能和可弯折性。

在其中一些实施例中，在所述无机压电陶瓷材料和所述有机材料的总量中，所述无机压电陶瓷材料的质量含量为75％～85％；

在所述有机材料、所述无机压电陶瓷材料和所述铅纳米线的总量中，所述铅纳米线的质量含量为0.5％～3％。控制各组分在该优选的配比，使制得的压电复合材料获得更优越的压电性能和可弯折性。