CN103531706A - 压电驻极体材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种压电驻极体材料包括复合膜及电极，复合膜包括依次层叠的聚合物层及弹性形变层，其中聚合物层由驻极体材料制成，用于存储电荷，弹性形变层由弹性材料制成。电极由导电材料形成，包括形成于复合膜相对两侧的第一电极及第二电极。当压电驻极体材料受到外部机械作用时，弹性形变层产生形变，使电极上的感应电荷产生变化，从而在外电路上表现出短路电流或开路电压，具有较好的压电性能。压电驻极体材料无需经过特殊处理形成闭合的孔洞结构，故而不会限制压电驻极体内部的电荷储存量。同时提供一种压电驻极体材料的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及功能材料技术领域，特别是涉及一种压电驻极体材料及其制备方法。
背景技术
压电驻极体（Piezoelectret）是一类兼具压电特性和驻极体特性的新型机电/电机转换材料。这种材料经强极化电场作用后内部储存有大量空间电荷或取向偶极电荷，当表面镀上金属电极层后，受到外部机械作用而产生弹性形变，电极上感应电荷相应的发生变化，从而在外电路上表现出短路电流或开路电压。这种基于聚合物材料的压电驻极体具有极高的压电系数，同时具有聚合物材料的一般特性，例如质量轻、厚度薄、韧性高、材料柔软易于弯折、适应各种环境、无毒无害环保、可大面积成膜、成本低廉、声阻抗与人体和水相匹配等等。因此，基于压电驻极体材料的诸多优势，其在高端声学、人工智能、生物传感、主动降噪、精密探测、安防医疗等方面的应用前景十分广阔。
压电驻极体综合了传统压电陶瓷和压电聚合物的突出特性，相较于压电陶瓷、压电单晶具有明显的结构优势，而压电系数远大于聚偏氟乙烯（PVDF）及其聚合物等有机压电材料，一般能达到500pC/N以上。
如图1所示，目前，常见的压电驻极体薄膜100经过处理，使其薄膜内部存在闭合的孔洞结构110，闭合的孔洞结构110上下表面分别沉积有正负电荷，且电荷量与孔洞结构110密切相关。但是孔洞结构110限制了两端电荷量，因为当两端电荷量达到一定量时会击穿孔洞结构110中的空气120。也就是说电荷量是有极限的，当极性相反的电荷量达到一定程度时就会发生放电效应，从而限制驻极体薄膜中的电荷储存量。
发明内容
基于此，有必要针对存在闭合的孔洞结构限制了电荷储存量的问题，提供一种压电驻极体材料及其制备方法。
一种压电驻极体材料，包括：
复合膜，包括：
聚合物层，由驻极体材料制成，用于储存电荷，所述聚合物层经过极化后储存的电荷密度大于或等于10-3C/m3；及
弹性形变层，由弹性材料制成，当所述弹性形变层受到外力时可产生弹性形变，所述弹性材料的弹性模量在0MPa～100MPa范围内；
其中，所述聚合物层与弹性形变层依次层叠；
电极，由导电材料形成，用于连接到压电应用电路中，所述电极包括第一电极及第二电极，所述第一电极及第二电极分别设置于所述复合膜的相对两侧。
在其中一个实施例中，所述聚合物层的驻极体材料选自聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚丙烯、全氟烷氧基树脂、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯或聚萘二甲酸乙二醇酯中的任意一种。
在其中一个实施例中，所述弹性形变层的弹性材料选自发泡聚丙烯塑料、聚氨基甲酸酯泡棉、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物泡棉或氯丁橡胶泡棉中的任意一种。
在其中一个实施例中，所述聚合物层与所述弹性形变层之间还设置有胶层，所述胶层用于粘合所述聚合物层及所述弹性形变层。
在其中一个实施例中，所述导电材料选自金属、金属合金、有机导电材料、无机导电化合物、导电银胶、导电墨水或石墨中的任意一种，所述第一电极及第二电极的厚度为10nm～1000nm。
在其中一个实施例中，所述弹性形变层与所述电极之间还设置有辅助层，所述辅助层用于辅助所述弹性形变层与电极贴合。
一种如以上所述的压电驻极体材料的制备方法，包括以下步骤：
提供由驻极体材料制成的聚合物层及由弹性材料制成的弹性形变层，其中所述弹性材料的弹性模量在0MPa～100MPa范围内；
将所述聚合物层与所述弹性形变层贴合以形成复合膜；
采用电晕极化、电子束极化或辐射极化方法对复合膜进行极化，使聚合物层内部注入电荷，其中电荷密度大于或等于10-3C/m3；
采用真空镀膜、丝印、银胶刮履、转印、喷印或贴导电膜方式分别在所述复合膜的相对两侧分别履上第一电极及第二电极，所述第一电极及第二电极由导电材料形成。
在其中一个实施例中，所述导电材料选自金属、金属合金、有机导电材料、无机导电化合物、导电银胶、导电墨水或石墨中的任意一种，所述第一电极及第二电极的厚度为10nm～1000nm。
在其中一个实施例中，所述步骤将所述聚合物层与所述弹性形变层贴合以形成复合膜具体地包括以下步骤：
将弹性形变层绷平整；
在所述弹性形变层表面喷涂胶水，所述胶水形成胶层；
将绷平整后的聚合物层覆盖于所述胶层表面后固化，形成所述复合膜。
在其中一个实施例中，在所述步骤采用电晕极化、电子束极化或辐射极化方法对复合膜进行极化，使聚合物层内部注入电荷之前还包括步骤：
在所述弹性形变层背向所述聚合物层的一面形成辅助层，所述辅助层用于辅助所述弹性形变层与电极贴合。
上述压电驻极体材料及压电驻极体材料的制备方法至少包括以下优点：
首先，该压电驻极体材料包括由驻极体材料形成的聚合物层与由弹性材料形成的弹性形变层贴合而形成的复合膜及镀在复合膜相对两侧的电极，当压电驻极体材料受到外部机械作用时，弹性形变层产生形变，使电极上的感应电荷产生变化，从而在外电路上表现出短路电流或开路电压，具有较好的压电性能。压电驻极体材料无需经过特殊处理形成闭合的孔洞结构，故而不会限制压电驻极体内部的电荷储存量。
其次，该压电驻极体材料的制备方法过程中，无需经过特殊处理以形成闭合的孔洞结构，降低了制备工艺难度，同时构成压电驻极体材料的基材可选择范围广泛，及适合于大规模批量化生产，也易于针对细分行业内的产品进行定制开发。
附图说明
图1为背景技术中压电驻极体薄膜的结构示意图；
图2为第一实施方式中的压电驻极体材料的结构示意图；
图3为制备图2中的压电驻极体材料的流程图；
图4为第二实施方式中的压电驻极体材料的结构示意图；
图5为制备图4中压电驻极体材料的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图2，为第一实施方式中压电驻极体材料200的结构示意图。该压电驻极体材料200包括复合膜210及电极220。
复合膜210包括聚合物层212、胶层214及弹性形变层216。
聚合物层212由驻极体材料制成，用于储存电荷。聚合物层212经过极化后储存的电荷密度大于或等于10-3C/m3。具体地，聚合物层212的驻极体材料可以选自聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethene，PTFE）、氟化乙烯丙烯共聚物（Fluorinated ethylene propylene，FEP）、聚丙烯（Polypropylene，PP）、全氟烷氧基树脂（Polyfluoroalkoxy，PFA）、聚三氟氯乙烯（polychlorotrifluoroethylene，PCTFE）、聚偏氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride，PVDF）或聚萘二甲酸乙二醇酯（polyethylene naphthalate，PEN）中的任意一种。当然，在其它的实施方式中还可以选择其它驻极体材料。聚合物层的厚度范围可以为0.1μm～2000μm。例如，可以为25μm。
胶层214形成于聚合物层212及弹性形变层216之间，用于粘合聚合物层212及弹性形变层216。具体地，胶层214可以为双组分胶粘剂（也称AB胶）形成的层状物。当然，胶层214还可以为UV胶等形成的层状物。胶层214的厚度范围值为0.001μm～10μm。
弹性形变层216形成于胶层214背向聚合物层212的一面。弹性形变层216由弹性材料制成，当弹性形变层216受到外力作用时可产生弹性形变。弹性材料的弹性模量在0MPa～100MPa范围内。具体地，弹性形变层216的弹性材料选自发泡聚丙烯塑料（Expanded polypropylene，EPP）、聚氨基甲酸酯泡棉（polyurethane，PU）、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物泡棉（ethylene-vinyl acetatecopolymer，EVA）或氯丁橡胶泡棉（Chloroprene Rubber，CR）中的任意一种。当然，在其它的实施方式中，还可以为其它弹性材料。弹性形变层216的厚度范围可以为10μm～10000μm。例如，可以为75μm。
电极220由导电材料形成，用于连接到压电应用电路中。复合膜210的相对两侧都形成有电极220，分别为第一电极222及第二电极224。具体地，导电材料可以选自选自金属、金属合金、有机导电材料、无机导电化合物、导电银胶、导电墨水或石墨中的任意一种。第一电极222及第二电极224的厚度可以为10nm～1000nm。例如，第一电极222及第二电极224的厚度80nm、100nm或150nm。
请参阅图3，上述第一实施方式中的压电驻极体材料200的制备方法步骤，包括以下步骤：
步骤S210，提供由驻极体材料制成的聚合物层212及由弹性材料制成的弹性形变层216，其中弹性材料的弹性模量在0MPa～100MPa范围内。
其中驻极体材料可以选自聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethene，PTFE）、氟化乙烯丙烯共聚物（Fluorinated ethylene propylene，FEP）、聚丙烯（Polypropylene，PP）、全氟烷氧基树脂（Polyfluoroalkoxy，PFA）、聚三氟氯乙烯（polychlorotrifluoroethylene，PCTFE）、聚偏氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride，PVDF）或聚萘二甲酸乙二醇酯（polyethylene naphthalate，PEN）中的任意一种。聚合物层212的厚度范围可以为0.1μm～2000μm。例如，可以为25μm。
弹性形变层216的弹性材料选自发泡聚丙烯塑料（Expanded polypropylene，EPP）、聚氨基甲酸酯泡棉（polyurethane，PU）、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物泡棉（ethylene-vinyl acetate copolymer，EVA）或氯丁橡胶泡棉（Chloroprene Rubber，CR）中的任意一种。弹性形变层216的厚度范围可以为10μm～10000μm。例如，可以为75μm。
步骤S230，将聚合物层212与弹性形变层216贴合以形成复合膜210。具体地，当聚合物层212的熔点高于弹性形变层216或热熔融合难以复合时，可以采用黏合的方式使聚合物层212与弹性形变层216贴合。具体包括以下步骤：
步骤S232，将弹性形变层216绷平整。
步骤S234，在弹性形变层216表面上喷涂胶水，胶水形成胶层214。
步骤S236，将绷平整的聚合物层212覆盖于胶层214表面上，然后固化，得到复合膜210。
步骤S250，采用电晕极化、电子束极化或辐射极化方法对复合膜210进行极化，使聚合物层212内部注入电荷，其中电荷密度大于或等于10-3C/m3。通常采用电晕极化方法，具体地，将复合膜210的一面正对极化针，极化电压可以调节，从负压源电压-50kV～-5kV，正压源电压+5kV～+100kV不等，极化时间10s～10min。为提高极化稳定性，也可以选择电子束极化方法，具体地，聚合物层212单面或镀电极后放入真空腔室内，接好电极与极化电路，以一定能量的单能电子束辐照，完成极化，电子束能的范围可以为10keV～100keV不等，极化时间1s～1min。
步骤S270，采用真空镀膜、丝印、银胶刮履、转印、喷印或贴导电膜方式分别在复合膜的相对两侧分别履上第一电极222及第二电极224，第一电极222及第二电极224由导电材料形成。具体地，导电材料可以选自选自金属、金属合金、有机导电材料、无机导电化合物、导电银胶、导电墨水或石墨中的任意一种。第一电极及第二电极的厚度可以为10nm～1000nm。例如，第一电极222及第二电极224的厚度80nm、100nm或150nm。
当与电极直接接触的层（本实施方式中为聚合物层及弹性形变层与电极直接接触）为多孔材料且为通孔膜时，可以采用银胶刮履、转印等方式在其上形成电极。当与电极直接接触的层为其它材料时，可以采用真空镀膜、丝印、银胶刮履、转印、喷印或贴导电膜等方式在其上形成电极。
上述压电驻极体材料200及其制备方法，至少包括以下优点：
首先，该压电驻极体材料200包括由驻极体材料形成的聚合物层212与由弹性材料形成的弹性形变层216贴合而形成的复合膜210及镀在复合膜210相对两侧的电极220，当压电驻极体材料受到外部机械作用时，弹性形变层216产生形变，使电极220上的感应电荷产生变化，从而在外电路上表现出短路电流或开路电压，具有较好的压电性能。压电驻极体材料200无需经过特殊处理形成闭合的孔洞结构，故而不会限制压电驻极体内部的电荷储存量。同时压电驻极体材料可稳定工作环境的温度大于100℃。
其次，该压电驻极体材料的制备方法过程中，无需经过特殊处理以形成闭合的孔洞结构，降低了制备工艺难度，同时构成压电驻极体材料的基材可选择范围广泛，及适合于大规模批量化生产，也易于针对细分行业内的产品进行定制开发。
需要指出的是，在其它的实施方式中，当聚合物层的熔点低于弹性形变层且容易复合时，采用热熔融合的方式进行贴合。此时，可以省略胶层，采用直接贴合聚合物层及弹性形变层。具体地，将聚合物层及弹性形变层平整层叠并置于两片金属平板之间，然后将层叠好后的聚合物层及弹性形变层放置于平板热压机上。打开热压机，设置热压机的工作温度，保证热压机的工作温度不高于弹性形变层的熔点，压力为0.1MPa—5MPa。程序控制到达目标温度后，保压2min-20min，然后自动冷却回至常温，最后取出样品得到复合好的复合膜。
当然，当聚合物层选择驻极体胶带薄膜、弹性形变层选择高弹性胶带薄膜时，也可以省去胶层。那么涂布胶水的步骤也可以省略。当聚合物层选择导电驻极体材料、弹性形变层选择导电泡棉时，还可以省略电极。
请参阅图4，为第二实施方式的压电驻极体材料300的结构示意图。具体到本实施方式中，压电驻极体材料300包括复合膜310、辅助层320及电极330。
具体到本实施方式中，复合膜310及电极330的具体结构与第一实施方式中相同，这里不再赘述。电极330包括第一电极332及第二电极334。与第一实施方式不同的地方在于弹性形变层316与第二电极334之间还形成有辅助层320，辅助层320用于辅助弹性形变层316与第二电极334之间的贴合。当弹性形变层316的材料表面为通孔结构或者弹性形变层316表面难以履电极时，可在弹性形变层316与第二电极334之间增加辅助层320，有助于第二电极334更吻合的履于弹性形变层316表面。具体地，辅助层320的材料可选自PET、PP、PVC或PI，辅助层320的厚度范围可以为0.1μm～2000μm。
请参阅图5，为第二实施方式中压电驻极体材料的制备方法。该制备方法主要包括以下步骤：
步骤S310，提供由驻极体材料制成的聚合物层312及由弹性材料制成的弹性形变层316，其中弹性材料的弹性模量在0MPa～100MPa范围内。具体地与步骤S210相同。
步骤S330，将所述聚合物层312与所述弹性形变层316贴合以形成复合膜310。具体地与步骤S230相同。
步骤S340，在弹性形变层316背向聚合物层312的一面形成辅助层320，辅助层320用于辅助弹性形变层316与第二电极332贴合。当弹性形变层316的材料表面为通孔结构或者弹性形变层316表面难以履电极时，在弹性形变层316与第二电极334之间增加辅助层320，有助于第二电极332更吻合的履于弹性形变层316表面。具体地，弹性辅助层316的材料可选自PET、PP、PVC或PI，辅助层320的厚度范围可以为0.1μm～2000μm。
步骤S350，采用电晕极化、电子束极化或辐射极化方法对复合膜310进行极化，使聚合物层312内部注入电荷，其中电荷密度大于或等于10-3C/m3。具体地与步骤S250相同。
步骤S370，采用真空镀膜、丝印、银胶刮履、转印、喷印或贴导电膜方式分别在辅助层320及聚合物层312的表面履上第一电极332及第二电极334，第一电极332及第二电极334由导电材料形成。具体地，导电材料可以选自选自金属、金属合金、有机导电材料、无机导电化合物、导电银胶、导电墨水或石墨中的任意一种。第一电极332及第二电极334的厚度可以为10nm～1000nm。优选地，第一电极332及第二电极334的厚度80nm、100nm或150nm。
当与电极直接接触的层（本实施方式中为聚合物层及弹性形变层与电极直接接触）为多孔材料且为通孔膜时，可以采用银胶刮履、转印等方式在其上形成电极。当与电极直接接触的层为其它材料时，可以采用真空镀膜、丝印、银胶刮履、转印、喷印或贴导电膜等方式在其上形成电极。
上述压电驻极体材料300及其制备方法，至少包括以下优点：
首先，该压电驻极体材料300包括由驻极体材料形成的聚合物层312与由弹性材料形成的弹性形变层316贴合而形成的复合膜310、形成于弹性形变层316背向聚合物层312的辅助层320及镀在聚合物层312及辅助层320表面的电极330，当压电驻极体材料300受到外部机械作用时，弹性形变层316产生形变，使电极330上的感应电荷产生变化，从而在外电路上表现出短路电流或开路电压，具有较好的压电性能。压电驻极体材料300无需经过特殊处理形成闭合的孔洞结构，故而不会限制压电驻极体内部的电荷储存量。同时压电驻极体材料可稳定工作环境的温度大于100℃。
其次，该压电驻极体材料的制备方法过程中，无需经过特殊处理以形成闭合的孔洞结构，降低了制备工艺难度，同时构成压电驻极体材料的基材可选择范围广泛，及适合于大规模批量化生产，也易于针对细分行业内的产品进行定制开发。
最后，在弹性形变层316与第二电极334之间还设置辅助层320，当弹性形变层316的材料表面为通孔结构或者弹性形变层316表面难以履电极时，在弹性形变层316与第二电极334之间增加辅助层320，有助于第二电极334更吻合的履于弹性形变层316表面。
以下是制备压电驻极体材料的具体实施例
实施例1
制备PET/ePTFE（多孔聚四氟乙烯，属于聚四氟乙烯的一种）结构的压电驻极体
提供由ePTFE材料制成的复合膜，在本实施例中，ePTFE既充当聚合物层又充当弹性形变层，该ePTFE材料形成的复合膜外表面有通孔结构。ePTFE形成的薄膜厚度为50μm。在ePTFE与一电极之间形成由PET材料形成的辅助层，使电极能够更容易履在ePTFE薄膜表面。采用30kV极化电压无栅网电晕极化方法极化ePTFE薄膜，极化时间为1min。通过丝印方式分别在ePTFE薄膜及PET薄膜表面形成厚度为100nm的第一银电极及第二银电极。
实施例2
制备FEP/EPP结构的压电驻极体材料
提供由FEP材料形成厚度为25μm的聚合物层，由EPP材料形成厚度为50μm的弹性形变层。采用黏合的方式，利用设备及治具完成由FEP材料形成的聚合物层与由EPP材料形成的弹性形变层。具体地，先将EPP弹性形变层绷平整，然后在EPP弹性形变层表面喷涂AB胶，再将绷平整的FEP聚合物层覆盖在AB胶层表面，然后采用温度为100℃的条件下固化，固化时间为60min。采用-30kV极化电压无栅网电晕极化方法极化FEP聚合物层，极化时间为1min。通过丝印方式分别在FEP薄膜及EPP薄膜表面形成厚度为150nm的第一银电极及第二银电极。
实施例3
制备PTFE/EVA/PET结构的压电驻极体材料
提供由PTFE材料形成的厚度为50μm的聚合物层，由EVA材料形成的厚度为50μm的弹性形变层。采用黏合的方式，利用设备及治具完成由PTFE材料形成的聚合物层与由EVA材料形成的弹性形变层。具体地，先将EVA弹性形变层绷平整，然后在EVA弹性形变层表面喷涂AB胶，再将绷平整的PTFE聚合物层覆盖在AB胶层表面，然后采用温度为100℃的条件下固化，固化时间为60min。在EVA形成的弹性形变层背向由PTFE形成的聚合物层的一面形成厚度为25μm的PET镀铝薄膜。采用-30kV极化电压无栅网电晕法极化PTFE聚合物层，极化时间1min。通过丝印方式分别在PTFE薄膜及PET薄膜表面形成厚度为150nm的第一银电极及第二银电极。
实施例4
制备FEP/PU结构的压电驻极体材料
提供由FEP材料形成厚度为25μm的聚合物层，由PU材料形成厚度为75μm的弹性形变层。采用黏合的方式，利用设备及治具完成由FEP材料形成的聚合物层与由PU材料形成的弹性形变层。具体地，先将PU弹性形变层绷平整，然后在PU弹性形变层表面喷涂AB胶，再将绷平整的FEP聚合物层覆盖在AB胶层表面，然后采用温度为100℃的条件下固化，固化时间为60min。采用能量为30keV的电子束极化方法极化FEP聚合物层，极化时间为5s。通过丝印方式分别在FEP薄膜及PU薄膜表面形成厚度为150nm的第一银电极及第二银电极。
实施例5
制备PTFE/CR/PET结构的压电驻极体材料
提供由PTFE材料形成的厚度为25μm的聚合物层，由CR材料形成的厚度为50μm的弹性形变层。采用黏合的方式，利用设备及治具完成由PTFE材料形成的聚合物层与由CR材料形成的弹性形变层。具体地，先将CR弹性形变层绷平整，然后在CR弹性形变层表面喷涂AB胶，再将绷平整的PTFE聚合物层覆盖在AB胶层表面，然后采用温度为80℃的条件下固化，固化时间为120min。在EVA形成的弹性形变层背向由PTFE形成的聚合物层的一面形成厚度为25μm的PET镀铝薄膜。采用能量为30keV的电子束极化方法极化PTFE聚合物层，极化时间为5s。通过真空蒸镀铝膜方式分别在PTFE薄膜及PET薄膜表面形成厚度为80nm的第一铝电极及第二铝电极。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种压电驻极体材料，其特征在于，包括：
复合膜，包括：
聚合物层，由驻极体材料制成，用于储存电荷，所述聚合物层经过极化后储存的电荷密度大于或等于10-3C/m3；及
弹性形变层，由弹性材料制成，当所述弹性形变层受到外力时可产生弹性形变，所述弹性材料的弹性模量在0MPa～100MPa范围内；
其中，所述聚合物层与弹性形变层依次层叠；
电极，由导电材料形成，用于连接到压电应用电路中，所述电极包括第一电极及第二电极，所述第一电极及第二电极分别设置于所述复合膜的相对两侧。
2.根据权利要求1所述的压电驻极体材料，其特征在于，所述聚合物层的驻极体材料选自聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚丙烯、全氟烷氧基树脂、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯或聚萘二甲酸乙二醇酯中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的压电驻极体材料，其特征在于，所述弹性形变层的弹性材料选自发泡聚丙烯塑料、聚氨基甲酸酯泡棉、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物泡棉或氯丁橡胶泡棉中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的压电驻极体材料，其特征在于，所述聚合物层与所述弹性形变层之间还设置有胶层，所述胶层用于粘合所述聚合物层及所述弹性形变层。
5.根据权利要求1所述的压电驻极体材料，其特征在于，所述导电材料选自金属、金属合金、有机导电材料、无机导电化合物、导电银胶、导电墨水或石墨中的任意一种，所述第一电极及第二电极的厚度为10nm～1000nm。
6.根据权利要求1所述的压电驻极体材料，其特征在于，所述弹性形变层与所述电极之间还设置有辅助层，所述辅助层用于辅助所述弹性形变层与电极贴合。
7.一种如权利要求1所述的压电驻极体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供由驻极体材料制成的聚合物层及由弹性材料制成的弹性形变层，其中所述弹性材料的弹性模量在0MPa～100MPa范围内；
将所述聚合物层与所述弹性形变层贴合以形成复合膜；
采用电晕极化、电子束极化或辐射极化方法对复合膜进行极化，使聚合物层内部注入电荷，其中电荷密度大于或等于10-3C/m3；
采用真空镀膜、丝印、银胶刮履、转印、喷印或贴导电膜方式分别在所述复合膜的相对两侧分别履上第一电极及第二电极，所述第一电极及第二电极由导电材料形成。
8.根据权利要求7所述的压电驻极体材料的制备方法，其特征在于，所述导电材料选自金属、金属合金、有机导电材料、无机导电化合物、导电银胶、导电墨水或石墨中的任意一种，所述第一电极及第二电极的厚度为10nm～1000nm。
9.根据权利要求7所述的压电驻极体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤将所述聚合物层与所述弹性形变层贴合以形成复合膜具体地包括以下步骤：
将弹性形变层绷平整；
在所述弹性形变层表面喷涂胶水，所述胶水形成胶层；
将绷平整后的聚合物层覆盖于所述胶层表面后固化，形成所述复合膜。
10.根据权利要求7所述的压电驻极体材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤采用电晕极化、电子束极化或辐射极化方法对复合膜进行极化，使聚合物层内部注入电荷之前还包括步骤：
在所述弹性形变层背向所述聚合物层的一面形成辅助层，所述辅助层用于辅助所述弹性形变层与电极贴合。
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|---|---|
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Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106848051A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-06-13 | 深圳市豪恩声学股份有限公司 | 机械能采集装置及其制备方法 |
| CN107308463A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-11-03 | 南京工业大学 | 一种用于癌症治疗和应力可视化的复合薄膜 |
| CN108604500A (zh) * | 2016-02-04 | 2018-09-28 | 积水化学工业株式会社 | 驻极体片 |
| KR20190044636A (ko) * | 2016-09-06 | 2019-04-30 | 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤 | 압전 센서 |
| CN109786543A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-05-21 | 深圳市柔纬联科技有限公司 | 发电薄膜及可穿戴设备 |
| CN109950045A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-06-28 | 西安交通大学 | 一种具有可调控类挠曲电效应的挠曲电驻极体及其制备方法 |
| CN110285841A (zh) * | 2019-06-29 | 2019-09-27 | 西安交通大学 | 具有类压电特性的双极性驻极体复合结构及其传感和作动方法 |
| CN110987248A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-04-10 | 同济大学 | 一种柔性触觉传感器及其制备方法 |
| CN110993784A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-04-10 | 西安交通大学 | 一种具有可调控磁电效应的磁电驻极体及其制备方法 |
| CN111013901A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-17 | 深圳先进技术研究院 | 柔性传感器制造设备和柔性传感器的制作方法 |
| CN111710778A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-09-25 | 西安交通大学 | 一种可拉伸的磁电驻极体及其制备方法 |
| CN111991259A (zh) * | 2020-09-04 | 2020-11-27 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种促进植物雌激素吸收的驻极体面膜及其制备方法 |
| CN112428651A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-03-02 | 浙江巨化技术中心有限公司 | 一种驻极体复合薄膜材料的制备方法 |
| CN113029398A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-06-25 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种用于检测心音信号的高灵敏度柔性压力传感器 |
| CN113091987A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-09 | 山东大学 | 柔性微胶囊驻极体传感器及其制备方法 |
| CN113577528A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-11-02 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种结合触压或拍打透皮给药的压电驻极体给药贴剂及其制备方法和应用 |
| WO2022126452A1 (zh) * | 2020-12-16 | 2022-06-23 | 合肥美的电冰箱有限公司 | 驻极体膜、制备方法、箱体组件和制冷设备 |
| TWI779013B (zh) * | 2017-03-01 | 2022-10-01 | 美商羅傑斯公司 | 層狀感測裝置及其製造方法 |
| TWI791491B (zh) * | 2018-03-02 | 2023-02-11 | 日商積水化學工業股份有限公司 | 壓電感測器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1933206A (zh) * | 2006-10-12 | 2007-03-21 | 同济大学 | 一种可控微孔结构压电功能膜的制备方法 |
| JP2008048315A (ja) * | 2006-08-21 | 2008-02-28 | Seiko Epson Corp | 圧電振動片およびその製造方法 |
| CN102064275A (zh) * | 2009-11-12 | 2011-05-18 | 拜尔材料科学股份公司 | 二层或多层铁电驻极体及其制备方法 |
-
2013
- 2013-10-22 CN CN201310501104.6A patent/CN103531706B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008048315A (ja) * | 2006-08-21 | 2008-02-28 | Seiko Epson Corp | 圧電振動片およびその製造方法 |
| CN1933206A (zh) * | 2006-10-12 | 2007-03-21 | 同济大学 | 一种可控微孔结构压电功能膜的制备方法 |
| CN102064275A (zh) * | 2009-11-12 | 2011-05-18 | 拜尔材料科学股份公司 | 二层或多层铁电驻极体及其制备方法 |
Cited By (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108604500A (zh) * | 2016-02-04 | 2018-09-28 | 积水化学工业株式会社 | 驻极体片 |
| CN108604500B (zh) * | 2016-02-04 | 2021-10-08 | 积水化学工业株式会社 | 驻极体片 |
| KR102638861B1 (ko) * | 2016-09-06 | 2024-02-22 | 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤 | 압전 센서 |
| EP3511673A4 (en) * | 2016-09-06 | 2020-06-17 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | PIEZOELECTRIC SENSOR |
| US11264556B2 (en) | 2016-09-06 | 2022-03-01 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | Piezoelectric sensor |
| KR20190044636A (ko) * | 2016-09-06 | 2019-04-30 | 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤 | 압전 센서 |
| CN106848051A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-06-13 | 深圳市豪恩声学股份有限公司 | 机械能采集装置及其制备方法 |
| CN106848051B (zh) * | 2016-12-23 | 2020-09-04 | 深圳市豪恩声学股份有限公司 | 机械能采集装置及其制备方法 |
| TWI779013B (zh) * | 2017-03-01 | 2022-10-01 | 美商羅傑斯公司 | 層狀感測裝置及其製造方法 |
| CN107308463B (zh) * | 2017-06-22 | 2020-08-21 | 南京工业大学 | 一种用于癌症治疗和应力可视化的复合薄膜 |
| CN107308463A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-11-03 | 南京工业大学 | 一种用于癌症治疗和应力可视化的复合薄膜 |
| TWI791491B (zh) * | 2018-03-02 | 2023-02-11 | 日商積水化學工業股份有限公司 | 壓電感測器 |
| CN109786543A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-05-21 | 深圳市柔纬联科技有限公司 | 发电薄膜及可穿戴设备 |
| CN109950045A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-06-28 | 西安交通大学 | 一种具有可调控类挠曲电效应的挠曲电驻极体及其制备方法 |
| CN110285841A (zh) * | 2019-06-29 | 2019-09-27 | 西安交通大学 | 具有类压电特性的双极性驻极体复合结构及其传感和作动方法 |
| CN110987248A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-04-10 | 同济大学 | 一种柔性触觉传感器及其制备方法 |
| CN110987248B (zh) * | 2019-11-28 | 2021-09-03 | 同济大学 | 一种柔性触觉传感器及其制备方法 |
| CN110993784A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-04-10 | 西安交通大学 | 一种具有可调控磁电效应的磁电驻极体及其制备方法 |
| CN110993784B (zh) * | 2019-11-29 | 2022-05-06 | 西安交通大学 | 一种具有可调控磁电效应的磁电驻极体及其制备方法 |
| CN111013901A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-17 | 深圳先进技术研究院 | 柔性传感器制造设备和柔性传感器的制作方法 |
| CN111013901B (zh) * | 2019-12-10 | 2021-07-13 | 深圳先进技术研究院 | 柔性传感器制造设备和柔性传感器的制作方法 |
| CN111710778A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-09-25 | 西安交通大学 | 一种可拉伸的磁电驻极体及其制备方法 |
| CN111991259A (zh) * | 2020-09-04 | 2020-11-27 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种促进植物雌激素吸收的驻极体面膜及其制备方法 |
| CN112428651A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-03-02 | 浙江巨化技术中心有限公司 | 一种驻极体复合薄膜材料的制备方法 |
| WO2022126452A1 (zh) * | 2020-12-16 | 2022-06-23 | 合肥美的电冰箱有限公司 | 驻极体膜、制备方法、箱体组件和制冷设备 |
| CN113029398A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-06-25 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种用于检测心音信号的高灵敏度柔性压力传感器 |
| CN113091987A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-09 | 山东大学 | 柔性微胶囊驻极体传感器及其制备方法 |
| CN113577528A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-11-02 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种结合触压或拍打透皮给药的压电驻极体给药贴剂及其制备方法和应用 |
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|---|---|
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |