CN118076694A - 具有高机电效率的pvdf薄膜及形成该薄膜用凝胶流延方法 - Google Patents

Abstract

通过凝胶流延包括结晶性聚合物和液体溶剂的溶液来形成机械和压电各向异性的聚合物薄膜。该溶剂可以被配置为与聚合物相互作用以促进链配向，并且在一些示例中，在流延薄膜内产生更高的结晶含量。该薄膜还可以包括高达约90wt.％的添加剂，并且可以由结晶性聚合物的双峰分子量分布来表征，其中，添加剂的分子量可以小于结晶性聚合物的分子量。在一些示例中，一种或多种聚合物和一种或多种添加剂可以独立地选自偏氟乙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯、氟乙烯等。各向异性聚合物薄膜的特征可以为至少0.1的机电耦合因子(k₃₁)。

Description

具有高机电效率的PVDF薄膜及形成该薄膜用凝胶流延方法

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C§119(e)，本申请要求于2021年10月11日提交的美国临时申请第63/254,451号，以及于2022年5月4日提交的美国非临时申请第17/736,792号的优先权，其全部内容通过援引并入本文。

背景技术

聚合物材料可以被结合到各种不同的光学和电光系统中，这些系统包括有源和无源的光学器件及电活性设备。轻质且舒适的一种或多种聚合物层可以结合到可穿戴设备(诸如，智能眼镜)中、且是新兴技术的有吸引力的候选者，这些新兴技术包括期望舒适的、可调节的形状因子的虚拟现实设备/增强现实设备。

例如，虚拟现实(virtual reality，VR)和增强现实(augmented reality，AR)眼镜设备或头戴式设备可以使用户能够体验事件，诸如在计算机生成的三维世界模拟中与人交互或者查看叠加在现实世界视图上的数据。作为示例，可以通过光学头戴式显示器(optical head-mounted display，OHMD)或通过使用具有透明平视显示器(heads-updisplay，HUD)或增强现实(AR)覆盖的嵌入式无线眼镜来实现将信息叠加到视场上。VR/AR眼镜设备和头戴式设备可以用于各种目的。政府可以使用这种设备进行军事训练，医疗专业人员可以使用这种设备来模拟手术，并且工程师可以使用这种设备作为设计可视化辅助。

这些和其它应用可以利用薄膜聚合物材料的一种或多种特性，该一种或多种特性包括压电特性以诱导变形、以及折射率以操纵光。在各种应用中，光学元件和其他组件可以包括具有各向异性机械和/或光学性质的聚合物薄膜。然而，通过传统的薄膜制造过程可实现的光学或机械各向异性的程度通常是有限的，并且通常被用来交换与之竞争的薄膜性能，诸如平整度、韧性和/或膜强度。例如，高度各向异性的聚合物薄膜通常在一个或多个平面内方向上表现出低强度，这可能会挑战可制造性并限制性能。

根据一些实施方案，取向的压电聚合物薄膜可以被实施为诸如液体透镜的光学元件中的可致动的透镜基板。例如，可以使用单轴取向的聚偏氟乙烯(polyvinylidenefluoride，PVDF)薄膜来在透镜的视场上产生有利的各向异性应变图。然而，较低的压电响应和/或缺乏足够的光学品质可能会阻碍PVDF薄膜作为可致动层的实现。

发明内容

尽管最近取得了进展，但提供光学品质、机械稳固性以及机械和压电各向异性的聚合物薄膜将是有利的，该聚合物薄膜可以被结合到各种光学系统中，这些光学系统包括用于人工现实应用的显示系统。因此，本公开一般涉及具有高压电响应的光学品质聚合物薄膜及其制造方法，更具体地说，涉及用于形成具有高机电效率的PVDF系聚合物材料的凝胶流延(gel casting，凝胶浇铸)方法。

聚合物薄膜的折射率和压电响应可以由以下项来确定：该聚合物薄膜的化学组成、聚合物重复单元的化学结构、该聚合物薄膜的密度和结晶程度、以及晶体和/或聚合物链的配向。在这些因素中，晶体或聚合物链的配向可能占主导地位。在结晶或半结晶聚合物薄膜中，压电响应可能与晶体取向的角度或程度相关，而链配向的角度或程度可能在聚合物薄膜中的无定形相中产生可比较的压电响应。

所施加的应力可以用于在聚合物薄膜内产生晶体或聚合物链的优选配向，并诱导沿膜的不同方向的折射率和压电响应的相应改变。如本文进一步公开的，在拉伸聚合物薄膜以诱导晶体/聚合物链的优选配向以及伴随的折射率和压电响应的改变的工艺期间，申请人已经表明了凝胶流延方法和相关液体溶剂的选择能够降低流延薄膜内聚合物链缠结(entanglement)的倾向。

在本发明的方面中，提供了一种聚合物薄膜，该聚合物薄膜包括：具有至少约100,000g/mol分子量的结晶PVDF族聚合物，其中，该聚合物薄膜具有至少约0.1的机电耦合因子(k₃₁)。

结晶PVDF族聚合物优先沿预定轴线取向。

结晶PVDF族聚合物可以包括选自由以下项构成的组的部分：偏氟乙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯、氟乙烯、其均聚物、其共聚物、其三聚体及其衍生物。

该聚合物薄膜还可以包括分子量小于结晶PVDF族聚合物分子量的添加剂。

该添加剂可以包括选自由以下项构成的组的部分：偏氟乙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯、氟乙烯、其均聚物、其共聚物、其三聚体及其衍生物。

该添加剂可以包括成核剂、压电陶瓷和阳离子中的一种或多种。

该添加剂可以包括非反应性部分，该非反应性部分选自由以下项构成的组：酯、醚、羟基、磷酸根、氟、卤素和腈。

该添加剂可以包括聚合物薄膜的约0.1wt.％至约90wt.％。

该添加剂可以包括硫醇(thiol)或酸。

该添加剂可以具有小于约25,000g/mol的分子量。

该添加剂可以具有约25,000g/mol至约100,000g/mol的分子量。

在本发明的方面中，提供了一种方法，该方法包括：形成包括结晶性PVDF族聚合物和液体溶剂的聚合物溶液；由聚合物溶液形成凝胶；通过压延或固态挤出由凝胶形成聚合物薄膜；拉伸聚合物薄膜；以及向聚合物薄膜施加电场以形成经极化的聚合物薄膜，其中，经极化的聚合物薄膜的机电耦合因子(k₃₁)至少为约0.1。

形成凝胶可以包括从聚合物溶液中去除液体溶剂的至少一部分。

形成凝胶可以包括冷却聚合物溶液。

形成凝胶可以包括添加不良溶剂至聚合物溶液。

拉伸聚合物薄膜可以包括施加单轴应力。

拉伸聚合物薄膜可以包括施加双轴应力。

拉伸聚合物薄膜可以包括沿聚合物薄膜的第一平面内方向施加第一拉应力，并且沿聚合物薄膜的第二平面内方向施加第二拉应力。

该方法还可以包括对聚合物薄膜进行热处理(annealling)。

在本发明的一个方面，提供了一种聚合物薄膜，该聚合物薄膜包括：具有双峰分子量分布的结晶PVDF族聚合物，其中，该聚合物薄膜包括以下项的至少一种：(i)至少约5Gpa的平面内弹性模量(in-plane elastic modulus)、以及(ii)大于约20pC/N的压电系数(d₃₁)。

附图说明

附图说明了一些示例性实施方案，并且是说明书的一部分。这些附图与下面的描述一起展示并解释了本公开的各种原理。

图1为根据各种实施方案的用于形成具有高机电效率的PVDF聚合物薄膜的示例性凝胶流延方法的流程图。

图2为示出了根据一些实施方案的示例聚合物凝胶的各组分之间的分子量的双峰分布的图。

图3为示出了根据另一实施方案的示例聚合物凝胶的各组分之间的分子量的双峰分布的图。

图4为示出了根据又一实施方案的示例聚合物凝胶的各组分之间的分子量的双峰分布的图。

图5为根据某些实施方案的用于形成聚合物薄膜的挤出系统的示意图。

图6为根据一些实施方案的用于制造各向异性聚合物薄膜的示例薄膜取向系统的示意图。

图7为根据另一实施方案的用于制造各向异性聚合物薄膜的薄膜取向系统的示意图。

图8说明了根据某些实施方案的用于输送和取向聚合物薄膜的辊对辊(roll-to-roll)制造配置。

图9说明了根据某些实施方案的用于制造聚合物薄膜的压延方法的实施方案。

图10为能够结合本公开的实施方案使用的示例性增强现实眼镜的图示。

图11为能够结合本公开的实施方案使用的示例性虚拟现实头戴式设备的图示。

在所有附图中，相同的附图标记和描述表示类似但不一定相同的元件。虽然本文描述的示例性实施方案容易受到各种修改和替换形式的影响，但是已经在附图中以示例的方式示出了具体实施方案，并且将在本文中详细描述这些具体实施方案。然而，本文描述的示例性实施方案并不旨在限于所公开的特定形式。而是，本公开涵盖落入所附权利要求的范围内的所有修改、等价物替代物。

具体实施方式

根据特定实施方案，申请人已经开发了一种聚合物薄膜制造方法，该制造方法用于形成具有期望的压电响应的光学品质PVDF系聚合物薄膜。然而，在PVDF和相关聚合物中，结晶的总程度以及晶体的配向可能由于聚合物链的缠结而受到限制，如本文所公开的，凝胶流延方法可以促进聚合物链的解缠结和配向，这可以导致聚合物薄膜的光学品质以及其压电响应的改善。

聚合物薄膜可以由聚合物溶液通过凝胶流延而形成。聚合物溶液可以包括一种或多种结晶性聚合物、一种或多种添加剂以及一种或多种液体溶剂。例如，凝胶流延可以提供对一种或多种聚合物组成和浓度、液体溶剂的选择和浓度以及流延温度的控制，该凝胶流延可以有助于减少聚合物链的缠结、并允许聚合物膜在随后的变形步骤中获得更高的拉伸比。在某些情况下，可以向聚合物溶液添加一种或多种低分子量添加剂。一种或多种结晶性聚合物和一种或多种添加剂的分子量分布可以分别是单分散的、双峰的或多分散的。

可以使用结晶性聚合物来形成PVDF系聚合物薄膜。示例结晶性聚合物可以包括诸如偏氟乙烯(vinylidene fluoride，VDF)、三氟乙烯(trifluoroethylene，TrFE)、三氟氯乙烯(chlorotrifluoroethylene，CTFE)、六氟丙烯(hexafluoropropene，HFP)和氟乙烯(vinyl fluoride，VF)的部分。如本文所使用的，一种或多种前述“PVDF族”部分可以与低分子量添加剂结合以形成各向异性的聚合物薄膜。本文中对PVDF薄膜的引用包括对任何含PVDF族成员的聚合物薄膜的引用，除非上下文另有明确指示。

这种PVDF薄膜的结晶性聚合物组分具有的分子量(“高分子量”)可以为至少约100,000g/mol、例如至少约100,000g/mol、至少约150,000g/mol、至少约200,000g/mol、至少约250,000g/mol、至少约300,000g/mol、至少约350,000g/mol、至少约400,000g/mol、至少约450,000g/mol或至少约500,000g/mol(包括上述任何值之间的范围)。

如果提供“低分子量”添加剂，则该“低分子量”添加剂具有的分子量可以小于约200,000g/mol，例如，小于约200,000g/mol，小于约100,000g/mol，小于约50,000g/mol，小于约25,000g/mol，小于约10,000g/mol，小于约5000g/mol，小于约2000g/mol，小于约1000g/mol，小于约500g/mol，小于约200g/mol，或小于约100g/mol，包括上述任何值之间的范围。

示例性低分子量添加剂可以包括偏氟乙烯(VDF)、三氟乙烯(TrFE)、三氟氯乙烯(CTFE)、六氟丙烯(HFP)和氟乙烯(VF)的低聚物和聚合物、以及其均聚物、共聚物、三聚体、衍生物和其组合。这种添加剂可以容易地溶解于高分子量组分，并提供与高分子量组分匹配的折射率。例如，低分子量添加剂可以具有在652.9nm处测量的折射率，范围为约1.38至约1.55。

低分子量添加剂的分子量可以小于结晶性聚合物的分子量。根据一示例，结晶性聚合物可以具有至少约100,000g/mol的分子量，而添加剂可以具有小于约25,000g/mol的分子量。根据另外的示例，结晶性聚合物可以具有至少约300,000g/mol的分子量，并且添加剂可以具有小于约200,000g/mol的分子量。根据特定示例，结晶性聚合物可以具有约600,000g/mol的分子量，并且添加剂可以具有约150,000g/mol的分子量。在一些示例中，本文使用的术语分子量可以指重量平均分子量。

另外的示例低分子量添加剂可以包括具有与PVDF族成员链极性相互作用的低聚物和聚合物。这种低聚物和聚合物可以包括酯、醚、羟基、磷酸盐(酯)、氟、卤素或氰基团。具体的示例包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇和聚乙酸乙烯酯。例如，PVDF聚合物和PVDF低聚物系添加剂可以包括反应性基团，诸如乙烯基、丙烯酸根、甲基丙烯酸根、环氧基、异氰酸根、羟基或胺等。这种添加剂可以通过施加一种或多种热或光或通过与合适的催化剂反应而原位固化，即在聚合物薄膜内固化。

这种低聚的或聚合的低分子量添加剂可以构成聚合物薄膜的约0.1wt.％至约90wt.％，例如0.1wt.％、0.2wt.％、0.5wt.％、1wt.％、2wt.％、5wt.％、10wt.％、20wt.％、30wt.％、40wt.％、50wt.％、60wt.％、70wt.％、80wt.％或90wt.％，包括上述任何值之间的范围。

又一示例极性添加剂可以包括离子液体，诸如1-十八基-3-甲基咪唑溴、1-丁基-3-甲基咪唑[PF₆]、1-丁基-3-甲基咪唑[BF₄]、1-丁基-3-甲基咪唑[FeCl₄]或1-丁基-3-甲基咪唑[Cl]。根据一些实施方案，离子液体的量可以为各向异性的聚合物薄膜的约1％至15wt.％的范围内。

在一些示例中，低分子量添加剂可以包括无机化合物。无机添加剂可以促进更高的结晶含量并增加各向异性的聚合物薄膜的压电性能。示例无机添加剂可以包括纳米颗粒(例如，氟化钙，诸如PZT、BNT或石英的陶瓷纳米颗粒；或金属、或金属氧化物纳米颗粒)、铁氧体纳米复合材料(例如，Fe₂O₃-CoFe₂O₄)、以及水合盐或金属卤化物(诸如，LiCl、Al(NO₃)₃-9H₂O、BiCl₃、Ce或硝酸Y六水合物、或氯酸Mg六水合物)。另一成核剂包括碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、纳米粘土、银纳米颗粒等。在一些示例中，纳米颗粒表面可以被处理、诸如通过暴露于二氟硅烷，以改善与PVDF的兼容性。无机添加剂的量可以在各向异性聚合物薄膜的约0.001wt.％至约5wt.％的范围内。示例添加剂包括压电陶瓷颗粒。无机添加剂的平均颗粒尺寸可以小于约1微米，例如小于约500nm、小于约200nm或小于约100nm，包括上述任何值之间的范围。

在一些实施方案中，添加剂可以包括成核剂和阳离子中的一种或多种。成核剂可以促进较高的结晶含量。示例成核剂包括酰胺，诸如1,3,5-苯三甲酰胺；N,N’-双[2-(2-氨乙基)十八烷酰基]癸二酰胺；2-N,6-N-二环己基萘-2,6-二甲酰胺，N-烷基甲苯磺酰胺等。

另一示例成核剂可以包括离子型化合物，诸如六氟磷酸四丁基鏻、乙基三苯基溴化鏻、正庚基三苯基溴化鏻、N-丙酮基吡啶溴化物、1-丁基-1-甲基-吡咯烷溴、四丁基硫酸氢铵、三苯基锍四氟硼酸盐、十二烷基硫酸钠、正十三烷基硫酸钠、和1-萘基磷酸酯单钠盐一水合物等。具有中性表面电荷的示例成核剂包括黄蒽酮(flavanthone)。

通常，低分子量添加剂可以构成聚合物薄膜的高达约90wt.％，例如约0.001wt.％、约0.002wt.％、约0.005wt.％、约0.01wt.％、约0.02wt.％、约0.05wt.％、约0.1wt.％、约0.2wt.％、约0.5wt.％、约1wt.％、约2wt.％、约5wt.％、约10wt.％、约20wt.％，约30wt.％、约40wt.％、约50wt.％、约60wt.％、约70wt.％、约80wt.％或约90wt.％，包括上述任何值之间的范围。

在一些实施方案中，可以使用一种或多种添加剂。根据特定示例，可以在薄膜的加工期间(例如，在凝胶流延、拉伸和/或极化期间)使用原始添加剂。此后，可以去除原始添加剂并由二级添加剂所取代。例如，在溶剂去除或拉伸工艺期间产生的微观和宏观空隙可以被二级添加剂填充。二级添加剂可以与结晶聚合物折射率匹配，并且例如可以具有范围为约1.38至约1.55的折射率。可以通过在熔融条件下或在溶剂浴中浸泡薄膜、或通过用二级添加剂对薄膜进行压延来添加二级添加剂。二级添加剂可以具有小于约160℃、例如小于160℃、小于140℃或小于120℃的熔点。

在一些实施方案中，各向异性聚合物薄膜可以包括抗氧化剂。示例抗氧化剂包括受阻酚、亚磷酸盐(酯)、含硫的增效剂、羟胺和低聚物受阻胺光稳定剂(hindered aminelight stabilizers，HALS)。

在特定实施方案中，添加剂可以适于减少由溶剂诱导的PVDF降解而引起的变色(即，变黄)。也就是说，高极性的溶剂可能会诱导产生碳-碳双键的脱氟反应，并伴随着溶液的变黄以及由此产生的聚合物薄膜。酸性添加剂可以防止脱氟反应并因此而抑制变黄。示例酸性添加剂包括可以以约0.001wt.％至约20wt.％、例如0.001wt.％、0.002wt.％、0.005wt.％、0.01wt.％、0.02wt.％、0.05wt.％、0.1wt.％、0.2wt.％、0.5wt.％、1wt.％、2wt.％、5wt.％、10wt.％或20wt.％(包括上述任何值之间的范围)的量结合到溶液中的有机和无机材料。示例酸性添加剂包括盐酸、硝酸、硫酸、苯甲酸、丙二酸、柠檬酸、己二酸、乳酸、醋酸、甲酸、草酸、酒石酸、丙酸、丁酸、山梨酸、富马酸及其混合物。任选地，可以从所得的聚合物薄膜中去除酸性添加剂。

在特定实施方案中，用于变色的添加剂可以与诸如硫醇等含碳-碳双键的物种反应。硫醇可以包括具有硫醇官能团的小分子和/或聚合物。硫醇可以以约0.001wt.％至约20wt.％、例如0.001wt.％、0.002wt.％、0.005wt.％、0.01wt.％、0.02wt.％、0.05wt.％、0.1wt.％、0.2wt.％、0.5wt.％、1wt.％、2wt.％、5wt.％、10wt.％或20wt.％(包括上述任何值之间的范围)的量添加。

液体溶剂的选择可以影响PVDF系聚合物薄膜的最大结晶度和β相含量百分比。此外，溶剂的极性可能会影响聚合物链在溶液中缠结的临界聚合物浓度(c*)。液体溶剂(即，“溶剂”)可以包括单个溶剂组合物或不同溶剂的混合物。在一些实施方案中，在25℃或更高的温度(例如，50℃、75℃、100℃或150℃)下，结晶性聚合物在液体溶剂中的溶解度可以至少为约0.1g/100g(例如，1g/100g或10g/100g)。

示例液体溶剂包括，但不限于二甲基甲酰胺(dimethylformamide，DMF)、环己酮、二甲基乙酰胺(dimethylacetamide，DMAc)、二丙酮醇、二异丁基酮、四甲基脲、乙酰乙酸乙酯、二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide，DMSO)、三甲基磷酸盐(酯)、N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，NMP)、丁内酯、异佛尔酮、磷酸三乙酯、卡必醇醋酸酯、碳酸丙烯酯、三乙酸甘油酯、邻苯二甲酸二甲酯、丙酮、四氢呋喃(tetrahydrofuran，THF)、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、乙二醇醚、乙二醇醚酯和乙酸正丁酯。

可以通过蒸发溶剂、冷却聚合物溶液、向聚合物溶液中添加相对不良的溶剂或其组合来从聚合物溶液中获得聚合物凝胶。在低于约150℃(例如，75℃、25℃、0℃、-40℃或-70℃)的温度下，结晶聚合物在不良溶剂中的溶解度可以小于20g/100g，例如5g/100g或1g/100g。包括结晶性聚合物和液体溶剂的混合物的聚合物凝胶可以是透明的、半透明的或不透明的。在凝胶化之后和压延之前，聚合物凝胶可以用二级溶剂洗涤，该二级溶剂可以取代原始溶剂。可以使用溶剂蒸发步骤来部分或完全去除原始溶剂和/或二级溶剂。

可以通过向聚合物凝胶(即，包含该聚合物凝胶的聚合物薄膜)施加应力来形成各向异性聚合物薄膜。根据一些示例，可以使用固态挤出工艺来对聚合物链取向并形成聚合物薄膜。根据另一示例，可以在室温或高温下使用压延工艺来对凝胶中的聚合物链取向。在拉伸和取向之前、期间或之后，可以部分或全部去除溶剂。拉伸和相关的链/晶体配向之后可以进行极化，以形成具有高机电效率的聚合物薄膜。

在拉伸之前，可以对干燥的或部分干燥的凝胶应用压延工艺。凝胶可以以逐渐减小的辊缝进行多次压延，以达到目标厚度。在压延工艺期间，任何残留的溶剂都可以被去除。压延工艺能够在室温下和/或在不高于约150℃、例如130℃、110℃、90℃、70℃或50℃的温度下进行。聚合物可以拉伸到至少约1.5、例如2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、7、8、9、10、15、20、30或50(包括上述任何值之间的范围)的拉伸比。

在示例工艺中，可以热压制干燥的或基本上干燥的聚合物材料以形成在合适的挤出温度下通过固态挤出系统(即，挤出机)供给的期望形状。例如，固态挤出机可以包括分支的喷嘴。热压制用温度和挤出温度可以分别小于约190℃。也就是说，选择热压制温度和挤出温度可以独立地选自180℃、170℃、160℃、150℃、140℃、130℃、120℃、110℃、100℃、90℃或80℃，包括上述任何值之间的范围。根据特定实施方案，挤出的聚合物材料可以例如使用后挤出、单轴或双轴拉伸工艺来进一步拉伸。

拉伸可以包括单个拉伸动作或多个连续的拉伸事件，诸如沿聚合物薄膜的不同平面内方向拉伸。拉伸的动作可能是速度受限的或应变速率受限的。在一些实施方案中，可以以可变或恒定的速度拉伸聚合物薄膜。在一些实施方案中，可以用可变应变速率或恒定应变速率(例如，0.5/秒、1/秒、5/秒或10/秒，包括上述任何值之间的范围)来拉伸聚合物薄膜。作为示例，应变速率可以在拉伸动作整个过程中和/或在不同的拉伸事件之间从初始应变速率(例如，5/秒)降低到最终应变速率(例如，0.5/秒)。

一些拉伸工艺可以包括两个连续的拉伸事件。例如，可以使用正交连续拉伸(orthogonal consecutive stretching，OCS)来开发结构性指纹(诸如，更小的片层(lamellar)厚度和较高程度的聚合物链取向)，该正交连续拉伸的拉伸比小于用于经由比较性的单次拉伸(Single Stretching，SS)或平行连续拉伸(Parallel ConsecutiveStretching，PCS)技术实现的相似结构指纹的拉伸比。正交连续拉伸可以包括首先沿第一平面内轴线拉伸聚合物薄膜，然后接下来沿与第一平面内轴线正交的第二平面内轴线拉伸聚合物薄膜。

在示例方法中，流延聚合物薄膜可以沿第一平面内轴线拉伸到高达约4(例如，2、3或4，包括上述任何值之间的范围)的拉伸比，在横向拉伸方向上的伴随松弛具有至少约0.2(例如，0.2、0.3、0.4或0.5，包括上述任何值之间的范围)的松弛比。随后，聚合物薄膜可以沿与第一平面内轴线正交的第二平面内轴线、以至少约7(例如，7、10、20、30、40、50或60，包括上述任何值之间的范围)的拉伸比拉伸，在横向拉伸方向上的松弛比至少为约0.2(例如，0.2、0.3、0.4或0.5，包括上述任何值之间的范围)。

在一些示例中，第一拉伸步骤中的拉伸比可以小于第二拉伸步骤中的拉伸比。根据另一实施方案，第二拉伸步骤期间的聚合物薄膜的温度可以高于第一拉伸步骤期间的聚合物薄膜温度。第二拉伸步骤期间的温度可以比第一拉伸步骤期间的温度高至少约5℃(例如，5℃、10℃、15℃或20℃或更高，包括上述任何值之间的范围)。

在一些实施方案中，可以对聚合物薄膜进行加热并沿第一方向拉伸、冷却，然后进行加热并沿第二方向拉伸。在一些实施方案中，可以对聚合物薄膜进行加热并沿第一方向拉伸、冷却，然后进行加热并沿第一方向再次拉伸。在第二拉伸步骤之后，可以冷却聚合物薄膜。冷却动作可以紧随第一(或第二)拉伸步骤之后，其中聚合物薄膜可以在完成第一(或第二)拉伸步骤后约10秒内冷却。

冷却可以稳定经拉伸聚合物薄膜的微结构。在一些示例中，在拉伸动作期间聚合物薄膜的温度可以高于结晶性聚合物的玻璃化转变温度。在一些示例中，在拉伸动作期间聚合物薄膜的温度可以小于、等于或大于结晶性聚合物的熔融起始温度。

在各种示例中，垂直于拉伸方向的松弛程度可以约等于拉伸方向上的拉伸比的平方根。在一些实施方案中，松弛程度可以在整个(一个或多个)拉伸工艺中基本恒定。在另一实施方案中，松弛程度可以降低，其中，较大的松弛与拉伸步骤的开始相关联，而较小的松弛与拉伸步骤的结束相关联。

在挤出或流延之后，PVDF薄膜可以单轴或双轴向地取向为单层或多层，以形成机械各向异性和光学清晰的膜。可以使用薄膜取向系统来形成各向异性聚合物薄膜，该薄膜取向系统配置为在聚合物薄膜的一个或多个不同区域中加热、并沿至少一个平面内方向拉伸聚合物薄膜。在一些实施方案中，薄膜取向系统可以被配置为仅沿一个平面内方向拉伸聚合物薄膜(即，结晶性聚合物薄膜)。例如，薄膜取向系统可以被配置为在允许薄膜沿正交的平面内方向(例如，沿y-方向)松弛的情况下、沿x-方向向聚合物薄膜施加平面内应力。如本文所使用的，在某些示例中，聚合物薄膜的松弛可以伴随着沿松弛方向不存在施加的应力。

根据一些实施方案，在示例取向系统内，可以对聚合物薄膜进行加热并在横向于膜行进通过该系统的方向上拉伸。在这种实施方案中，可以通过沿发散轨道系统可滑动地设置的多个可移动夹紧件来沿相对边缘保持该聚合物薄膜，使得聚合物薄膜在沿机器方向(machine direction，MD)通过薄膜取向系统的加热区和变形区移动时在横向方向(transverse direction，TD)上进行拉伸。在一些实施方案中，可以独立地和局部地控制横向方向上的拉伸速率和机器方向上的松弛速率。在某些实施方案中，可以例如使用辊对辊制造平台来实现大规模生产。

在某些方面，可以沿着聚合物薄膜的纵向或横向尺寸均匀地或非均匀地施加拉应力。聚合物薄膜的加热可以伴随着拉应力的施加。例如，可以将半结晶聚合物薄膜加热到高于室温(～23℃)的温度，以促进薄膜的变形以及其中晶体和/或聚合物链的形成和重新配向。

聚合物薄膜的温度可以在拉伸动作之前、期间和/或之后(即，在预加热区或预加热区下游的变形区内)保持在所需的值或所需的范围内，以便改善聚合物薄膜相对于未加热的聚合物薄膜的变形性。变形区内的聚合物薄膜的温度可以小于、等于或大于预热区内的聚合物薄膜的温度。

在一些实施方案中，可以使聚合物薄膜在整个拉伸动作期间加热到恒定温度。在一些实施方案中，聚合物薄膜的区域可以被加热到不同的温度，即，在施加拉应力期间和/或之后。在一些实施方案中，可以将聚合物薄膜的不同区域加热到不同的温度。在某些实施方案中，响应于所施加的拉应力而实现的应变可以为至少约20％，例如，约20％、约50％、约100％、约200％、约400％、约500％、约1000％、约2000％、约3000％或约4000％或更大，包括上述任何值之间的范围。

在一个或多个拉伸动作之后，可以通过热压制(hot pressing)或热压延来改进一种或多种薄膜性质。例如，可以在沿共轴线施加载荷的硬质模具中执行单轴热压制。一些压制系统可能包括石墨模具，该石墨模具可以封闭在保护气氛或真空腔室中。在热压制期间，可以同时对经拉伸的聚合物薄膜施加温度和压力。加热可以使用围绕石墨模具的感应线圈来实现，并且可以用液压施加压力。压延是在生产期间通过在一对或多对加热的辊之间传递聚合物薄膜来压缩薄膜的工艺。

在一些实施方案中，经拉伸的聚合物薄膜可以在至少约2MPa(例如，2MPa、3MPa、4MPa、5MPa或10MPa，包括任何前述值之间的范围)的施加压力、以及小于约140℃(例如，120℃、125℃、130℃或135℃，包括上述任何值之间的范围)的温度下压制或压延到其初始厚度的至少约50％(例如，初始厚度的50％、60％、70％或80％，包括上述任何值之间的范围)。

经压制或经压延的聚合物薄膜具有的厚度可以小于约500微米，例如小于400微米、小于300微米或小于200微米。根据一些实施方案，在热压制或热压延之后，可以使用一种或多种附加拉伸步骤进一步拉伸聚合物薄膜。在后热压制或后热压延拉伸步骤中，聚合物薄膜可以被拉伸到约5或更大(例如，5、10、20、40、60、80、100、120或140，包括上述任何值之间的范围)的拉伸比。

热压制或热压延可以提高聚合物薄膜的透射率。根据一些实施方案，所施加的压力可能使聚合物薄膜内的空隙塌陷，从而减少总的空隙体积并增加聚合物基质的密度。

在聚合物薄膜变形之后，可以将加热保持预定的时间量，然后冷却聚合物薄膜。冷却动作可以包括允许聚合物薄膜以设定的冷却速率自然冷却、或者通过淬火(诸如通过用低温气体吹扫)来进行冷却，这可以热稳定聚合物薄膜。

变形后，可以使晶体或链至少部分地与所施加的拉应力的方向配向。因此，聚合物薄膜可以表现出高度的光学清晰度和机械各向异性。

本公开的各向异性PVDF系聚合物薄膜可以具有光学品质聚合物薄膜的特征，并且可以形成或结合到诸如可致动层的光学元件中。光学元件可以用于各种显示设备，诸如虚拟现实(VR)和增强现实(AR)的眼镜以及头戴式设备。这些和其他光学元件的效率可以取决于光学清晰度的程度和/或压电响应。

根据各种实施方案，在一些示例中，“光学品质”薄膜的特征在于：可见光光谱内的透射率至少为约20％(例如，20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或95％，包括上述任何值之间的范围)，以及小于约10％(例如，0％、1％、2％、4％、6％或8％的体雾度(bulkhaze)，包括上述任何值之间的范围)的体雾度。透明材料典型地会表现出极低的光吸收和最小的光散射。

如本文所使用的，术语“雾度”和“清晰度”可以指与光透过材料有关的光学现象，并且可以归因于例如，材料内的光的折射，例如，由于二次相或多孔性和/或来自材料的一个或多个表面的光的反射。如本领域技术人员将理解的，雾度可以与受到广角散射(即，与法线的夹角大于2.5°)的光量和相应的透射对比度的损失有关，而清晰度可以与受到窄角散射(即，与法线的夹角小于2.5°)的光量和伴随的光学清晰度或“透视质量(see throughquality)”的损失有关。

在另一实施方案中，光学品质的PVDF系聚合物薄膜可以被结合到多层结构中，诸如ABAB多层中的“A”层。另一多层架构可以包括AB、ABA或ABC配置。每个B层(以及每个C层，如果提供)可以包括另一聚合物组合物，诸如聚乙烯。根据一些实施方案，一个或多个B(和C层)可以是导电的，并且可以包括，例如，氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)或聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)。

在单层或多层架构中，每个PVDF族层可以具有约100nm至约5mm的厚度，例如，100nm、200nm、500nm、1000nm、2000nm、5000nm、10000nm、20000nm、50000nm、100000nm、200000nm、500000nm、1000000nm、2000000nm或5000000nm(包括上述任何值之间的范围)的厚度。多层堆叠体可以包括两个或多个这样的层。在一些实施方案中，PVDF层或薄膜的密度可以为约1.7g/cm³至约1.9g/cm³的范围，例如1.7g/cm³、1.75g/cm³、1.8g/cm³、1.85g/cm³或1.9g/cm³，包括上述任何值之间的范围。

根据一些实施方案，各向异性PVDF族聚合物薄膜的面积尺寸(即，长度和宽度)可以独立地为约5cm至约50cm或更大，例如，5cm、10cm、20cm、30cm、40cm或50cm，包括上述任何值之间的范围。示例各向异性聚合物薄膜可以具有约5cmⅩ5cm、10cmⅩ10cm、20cmⅩ20cm、50cmⅩ50cm、5cmⅩ10cm、10cmⅩ20cm、10cmⅩ50cm等的面积尺寸。

如本文所使用的，术语“聚合物薄膜”和“聚合物层”可以互换使用。此外，除非上下文中另有明确指示，否则提及“聚合物薄膜”或“聚合物层”可以包括提及“多层聚合物薄膜”。

根据各种实施方案，用于形成各向异性聚合物薄膜的聚合物组合物可以包括结晶性聚合物和低分子量添加剂。在不受理论约束的情况下，一种或多种低分子质量添加剂可以在整个流延和拉伸工艺中与高分子量聚合物相互作用，以促进更少的链缠结和更好的链配向，并且在一些示例中，促进在聚合物薄膜内产生更高的结晶含量。

在一些示例中，可以流延具有双峰分子量分布的组合物以形成薄膜，该薄膜可以被拉伸以通过晶体和/或链的重新配向来诱导机械和压电各向异性。拉伸可以包括施加单轴应力或双轴应力。在一些实施方案中，可以同时或顺序地执行平面内双轴应力的施加。在一些实施方案中，低分子量添加剂可以有益地降低实现晶体和/或链的重新配向所需的拉伸温度。在一些实施方案中，可以通过压延、固态挤出和/或其组合来拉伸聚合物薄膜。

根据各种实施方案，可以通过向结晶性聚合物薄膜施加期望的应力状态来形成各向异性的PVDF系聚合物薄膜。可以使用适当的凝胶流延操作来将能够结晶的聚合物组合物形成为单层。例如，可以将含偏氟乙烯的组合物流延和取向为单层，以形成机械和压电各向异性薄膜。根据另一实施方案，可以使结晶性聚合物流延以形成薄膜，并且可以层叠多个这样的薄膜以形成多层结构。

在一些实施方案中，具有双峰分子量分布的聚合物薄膜可以被拉伸到比比较聚合物薄膜(即，缺少低分子量添加剂)更大的拉伸比。在一些示例中，拉伸比可以大于4，例如，5、10、20、40或更大。拉伸动作可以包括单个拉伸步骤或多个(即，连续的)拉伸步骤，其中可以独立地控制拉伸温度和应变率中的一者或多者。

在示例方法中，可以在拉伸期间将聚合物薄膜加热到约60℃至约170℃的温度，并以约0.1％/秒至约300％/秒的应变速率拉伸。此外，在拉伸动作期间，温度和应变速率中的一者或两者可以保持恒定或变化。例如，聚合物薄膜可以在第一温度和第一应变速率(例如，130℃和50％/秒)下拉伸以实现第一拉伸比。随后，可以提高聚合物薄膜的温度，并且可以将应变速率降低到第二温度和第二应变速率(例如，165℃和5％/秒)以实现第二拉伸比。

这样的经拉伸的聚合物薄膜可以表现出更高的结晶度和更高的弹性模量。作为示例，具有双峰分子量分布的取向的聚合物薄膜可以具有大于约2Gpa、例如3Gpa、5Gpa、10Gpa、12Gpa或15Gpa(包括上述任何值之间的范围)的平面内弹性模量、以及大于约5pC/N、例如7pC/N、10pC/N、12pC/N、15pC/N、17pC/N、20pC/N、22pC/N、25pC/N、27pC/N或30pC/N(包括上述任何值之间的范围)的压电系数(d₃₁)。高的压电性能可能与PVDF族聚合物中β相晶体的产生和配向有关。

除上述内容外，机电耦合因子k_ij可以指示压电材料可以将电能转换为机械能的效力，或反之亦然。对于聚合物薄膜，机电耦合因子k₃₁可以表示为其中，d₃₁为压电应变系数，e₃₃为厚度方向的介电常数，并且s₃₁为机器方向的柔度(compliance)。较高的k₃₁值可以通过在拉伸和促进结晶相内的偶极矩配向之前使聚合物链解缠结来实现。在一些实施方案中，聚合物薄膜的特征在于至少约为0.1、例如0.1、0.2、0.3或更大(包括上述任何值之间的范围)的机电耦合因子k₃₁。

根据一些实施方案，各向异性聚合物薄膜的结晶含量可以包括例如聚(偏氟乙烯)、聚(三氟乙烯)、聚(三氟氯乙烯)、聚(六氟丙烯)和/或聚(氟乙烯)的晶体，尽管还考虑了更多的结晶聚合物材料，其中，在一些示例中，“结晶”或“半结晶”聚合物薄膜中的结晶相可以构成聚合物薄膜的至少约1％。例如，聚合物薄膜的结晶含量(例如，β相含量)可以至少约为1％，例如1％、2％、4％、10％、20％、40％、60％或80％，包括上述任何值之间的范围。

拉伸PVDF族薄膜可以形成α相晶体和β相晶体两者，尽管只有配向的β相晶体对压电响应有贡献。在拉伸工艺期间和/或之后，可以向聚合物薄膜施加电场。电场的施加(即，极化)的施加可以诱导薄膜中β相晶体的形成和配向。较低的电场(<50V/微米)可以用于配向β相晶体，而较高的电场(≥50V/微米)可以用于诱导从α相到β相的相变并促进β相晶体的配向。

在一些实施方案中，在拉伸之后，可以对聚合物薄膜进行热处理。可以在固定的或可变的拉伸比和/或固定的或可变的施加应力下进行热处理。示例热处理温度可以大于约80℃，例如，100℃、130℃、150℃、170℃或190℃，包括上述任何值之间的范围。在不受理论约束的情况下，热处理可以稳定聚合物链的取向，并且降低聚合物薄膜的收缩倾向。

变形后，可以使晶体或链至少部分地与所施加的拉应力的方向配向。因此，聚合物薄膜可以表现出高度的双折射率、高度的光学清晰度、小于约10％的体雾度、高的压电系数(例如，d₃₁大于约5pC/N)和/或高的机电耦合因子(例如，k₃₁大于约0.1)。

在示例实验中，PVDF树脂完全溶解在各种液体溶剂中，这些液体溶剂包括DMF、环己酮(cyclohexanone，CH)以及DMF和环己酮的混合物。在一个示例中，在60℃的恒定搅拌下制备了10wt％PVDF的DMF溶液(样品1)。在另一示例中，在90℃的恒定搅拌下制备了10wt.％PVDF的环己酮溶液(样品4)。用DMF和环己酮的50-50w/w溶剂混合物，在80℃的恒定搅拌下进一步制备了10wt.％的树脂溶液(样品2和3)。

将各自的样品1-4在目标温度下恒定搅拌3hr，直到溶液澄清。然后将这些溶液倒入不同的容器中、并允许在约1hr的时间内形成凝胶。凝胶化后，用甲醇(5x)洗涤凝胶以去除残留的溶剂。经洗涤的凝胶在通风柜中储存过夜以蒸发甲醇，并且获得干燥的白色凝胶。

在室温下使用连续的压延步骤来处理干燥的凝胶，其中，辊间隙在每次连续通过压延装置时减小。获得了拉伸比范围为约2至约5的透明薄膜。

对经压延的聚合物薄膜进行加热、拉伸，并且然后测量结晶含量。拉伸动作包括将薄膜样品局部加热至140℃，开始施加应力，并以5℃/min的速率将温度升高到约160℃的目标拉伸温度，直到达到250MPa的施加应力，然后在保持250MPa的应力的情况下以1℃/min的速率进一步升高薄膜温度至170℃。拉伸比介于10与12之间。然后，在去除施加的应力之前，将未热处理的薄膜冷却至低于40℃。

在一些实施方案中，可以对拉伸的薄膜进行热处理。例如，在达到170℃的温度后，在施加250MPa的恒定应力下，可以以0.5℃/min的速率进一步将温度升高到195℃的热处理温度。样品可以在195℃下保持40min。热处理工艺可以将拉伸比增加到大于12(例如，12至15)的值。在去除施加的应力之前，可以将经热处理的样品冷却至低于40℃。

冷却后，用差示扫描量热法(differential scanning calorimetry，DSC)测定总结晶度，并且用傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FTIR)测定相对β相比率。用总结晶度和相对β比率的乘积计算绝对β结晶度。通过动态力学分析(dynamic mechanical analysis，DMA)测量了模量(即，储存模量)。表1中的数据表明了使用不良溶剂(样品4)的凝胶流延在拉伸后能够获得比使用良好溶剂(样品1)的凝胶流延更高的模量。此外，热处理可以增加拉伸薄膜(样品2和样品3)的总结晶含量和模量。

表1：溶剂和热处理对PVDF薄膜性质的影响

样品	溶剂	热处理？	相对β％	总结晶度％	绝对β结晶度％	模量(GPa)
							1	DMF	否	97	61	59	5.1
2	DMF:CH	否	90	66	59	6.5
							3	DMF:CH	是	80	81	65	7.5
4	CH	否	96	69	66	10.3

在一些示例中，拉伸期间施加的应力可以在约100MPa至约500Mpa的范围内，例如，100MPa、150MPa、200MPa、250MPa、300MPa、350MPa、400MPa、450MPa或500MPa，包括上述任何值之间的范围。在使用环己烷作为溶剂的另一示例性实验中，以约400MPa的最大施加应力拉伸薄膜。

根据各种实施方案，各向异性聚合物薄膜可以包括纤维、无定形、部分结晶或全部结晶材料。这种材料也可以是机械各向异性的，其中，一种或多种特性可以包括压缩强度、拉伸强度、剪切强度、屈服强度、刚度、硬度、韧性、延展性、机械加工性、热膨胀、压电响应和蠕变行为可能是方向相关的。

具有双峰分子量的聚合物组合物可以使用流延操作形成为单层。替代地，具有双峰分子量的聚合物组合物可以与其他聚合物或其他非聚合物材料流延以形成多层聚合物薄膜。对凝胶流延的单层或多层薄膜施加单轴或双轴应力可以用于配向聚合物链和/或重取向晶体以在其中诱导机械各向异性和压电各向异性。

可以由包括结晶性聚合物和低分子量添加剂的组合物形成压电聚合物薄膜。在特定实施方案中，可以通过凝胶流延方法形成具有高机电效率的压电聚合物薄膜。一种示例方法可以包括形成结晶性聚合物和溶剂的溶液，通过降低溶液的温度、去除溶剂、添加不良溶剂或其组合来由溶液形成凝胶，然后对薄膜进行压延、取向和极化。溶剂的选择可以促进链的解缠结，并且相应地促进聚合物链和偶极的配向，例如在取向期间。该薄膜的特征在于机电耦合因子k₃₁至少为0.1。

结晶性聚合物和低分子量添加剂可以被独立地选择以包括偏氟乙烯(VDF)、三氟乙烯(TrFE)、三氟氯乙烯(CTFE)、六氟丙烯(HFP)、氟乙烯(VF)以及均聚物、共聚物、三聚体、衍生物及其组合。聚合物薄膜的高分子量组分可以具有至少100,000g/mol的分子量，而低分子量添加剂可以具有小于200,000g/mol的分子量，并且可以构成聚合物薄膜的0.1wt.％至90wt.％。

对单层或多层薄膜施加单轴或双轴应力可以用于配向聚合物链和/或取向晶体以诱导光学各向异性和机械各向异性。这种薄膜可以用于制造各向异性的压电基板、双折射基板、高泊松比薄膜、反射偏振器、双折射镜等，并且可以合并至AR/VR组合器中或用于提供显示亮度增强。

因此，本公开的方面涉及形成单层的压电各向异性聚合物薄膜以及具有改进的机械和压电性质并且包括一种或多种压电各向异性聚合物薄膜的多层聚合物薄膜。改进的机械性质可以包括改进的尺寸稳定性和改进的柔度，以符合具有复合曲率的表面，诸如透镜。

来自本文描述的这些实施方案中的任何特征可以根据本文描述的一般原理组合使用。在结合附图和权利要求书阅读下文的详细描述后，将更充分地理解这些和其它实施方案、特征和优点。

以下将参考图1-11提供用于形成各向异性聚合物薄膜的组合物和方法的详细描述。与图1相关的讨论涉及用于形成具有高机电效率的聚合物薄膜的示例凝胶流延方法。与图2-4相关的讨论包括对具有双峰分子量分布的聚合物组合物的描述。与图5-9相关的讨论涉及示例聚合物薄膜拉伸范例和相关的拉伸装置。与图10和图11相关的讨论涉及示例性虚拟现实和增强现实设备，该示例性虚拟现实和增强现实设备可以包括本文公开的一种或多种各向异性聚合物材料。

参照图1，示出了用于形成具有高机电效率的聚合物薄膜的凝胶流延方法的流程图。示例方法100可以包括通过使结晶性聚合物和溶剂结合来形成PVDF溶液101，通过去除至少一些溶剂来由PVDF溶液形成凝胶102，降低溶液温度，和/或添加不良溶剂，任选地洗涤溶剂103，对经加工的PVDF凝胶进行压延104，拉伸凝胶以形成取向的聚合物薄膜105，任选地从聚合物薄膜中去除任何残留溶剂106，以及使聚合物薄膜极化107以形成具有高机电效率的PVDF聚合物薄膜108。溶剂去除可以包括冷却凝胶、向凝胶添加相对不良溶剂或其组合。溶剂去除可以包括溶剂洗涤步骤，其中用二级溶剂部分或全部替换该溶剂，然后部分或完全去除该二级溶剂。拉伸、溶剂去除和抛光的动作可以连续地和/或以任何并发处理范例来执行。

参考图2，示意性地示出了具有双峰分子量分布的、包括结晶性聚合物201和低分子量添加剂202的组合物。参考图3，示意性地示出了具有双峰分子量分布的、包括结晶性聚合物201和低分子量添加剂203的另一组合物，其中，结晶性聚合物的含量大于低分子量添加剂的含量。参考图4，示意性地示出了具有双峰分子量分布的、包括结晶性聚合物201和低分子量添加剂203的又一组合物，其中，结晶性聚合物的含量小于低分子量添加剂的含量。

现参照图5，示意性地示出了用于形成流延聚合物薄膜的挤出系统的示例。挤出系统500可以被配置为由多个来源形成单层聚合物薄膜或如所示实施方案中示出的多层聚合物薄膜。例如，不同来源的原料在组成上可能不同。多层聚合物薄膜可以包括2个或更多个层，其中，各个层可以在原位同时形成或聚集以形成具有例如4个、8个、16个、32个、64个、128个、256个、512个或更多个单独层的多层。

在操作期间，典型地以粉末或颗粒料形式提供的树脂可以从料斗510进料至挤出机505中。一种或多种可选的添加剂可以与料斗510内的树脂共混，或者使用单独的下游料斗515掺入。挤出机505沿其长度(L)的温度可以由加热元件520控制。挤出机505可以包括用于混合、均化和将原料从料斗510和515驱动到挤出模具525的螺杆或其他元件(未示出)。

如插图所示，挤出模具525可以包括多个投入部A、B和C，这些投入部被配置为从多个相应的挤出机(例如，挤出机505等)接收原料。在一些实施方案中，模具525的温度可以高于原料的熔点。熔融的原料可以通过模具525输出以形成多层薄膜540，该多层薄膜可以包括、例如、中心聚合物层535和把中心层535夹在中间的一对外层530。多层薄膜540可以最初收集在冷却辊545上并作为预取向流延薄膜542输出。冷却辊545的温度可以基于工艺中使用的一种或多种添加剂的类型来选择。可以调节冷却辊545的旋转速率(即，相对于挤出模具525的输出速率)以预取向多层薄膜540。

在一些实施方案中，中心层535可以包括PVDF。每个外层530可以包括相对于聚乙烯具有高表面能的材料或相对于PVDF具有低表面能的材料。

在拉伸动作之前，可以从多层薄膜540去除外层530中的一者或两者。作为示例，一个或多个外层530可以在拉伸中心层535之前被去除、在拉伸的一个阶段之后被去除(例如，沿机器方向拉伸之后去除)、或在两个阶段的拉伸之后被去除(例如，在OCS工艺之后去除)。在一些实施方案中，外层530可以通过剥离从中心层535去除。在一些实施方案中，外层530可以具有至少约10g/cm宽度、例如10g/cm宽度、20g/cm宽度、50g/cm宽度、100g/cm宽度、500g/cm宽度或1000g/cm宽度(包括上述任何值之间的范围)的90°剥离强度。

图6示意性地示出了用于形成光学各向异性聚合物薄膜的单级薄膜取向系统(single stage thin film orientation system)。系统600可以包括用于接收和预热聚合物薄膜605的结晶性部分610的薄膜输入区630、用于输出聚合物薄膜605的结晶且取向部分615的薄膜输出区647、以及在输入区630与输出区647之间延伸的夹紧件阵列620，该夹紧件阵列被配置为夹持和引导聚合物薄膜605通过系统600(即，从输入区630到输出区647)。夹紧件阵列620可以包括可滑动地设置在第一轨道625上的多个可移动的第一夹紧件624和可滑动地设置在第二轨道627上的多个可移动的第二夹紧件626。

聚合物薄膜605可以包括单个聚合物层或多个(例如，交替的)第一聚合物层和第二聚合物层，诸如，多层ABAB…结构。替代地，聚合物薄膜605可以包括复合构架，该复合结构具有结晶性聚合物薄膜和直接覆于结晶性聚合物薄膜上方的高泊松比聚合物薄膜(未单独示出)。在一些实施方案中，聚合物薄膜复合物可以包括可逆地层压或印刷在单个结晶性聚合物薄膜或多层聚合物薄膜上的高泊松比聚合物薄膜。

在操作期间，在输入区630附近，夹紧件624和626可以固定到聚合物薄膜605的相应边缘部分，其中，位于给定轨道625和627上的相邻夹紧件可以以夹紧件间间距650和655设置。为简单起见，在图示的视图中，输入区630内沿第一轨道625的夹紧件间间距650可以等于或基本上等于输入区630内沿第二轨道627的夹紧件间间距655。如将理解的是，在替代实施方案中，在输入区630内，沿第一轨道625的夹紧件间间距650可以不同于沿第二轨道627的夹紧件间间距655。

除了输入区630和输出区647之外，系统600可以包括一种或多种附加区635、640和645等，其中可以独立地控制以下项的每一者：(i)聚合物薄膜605的平移速率，(ii)第一轨道625和第二轨道627的形状，(iii)第一轨道625与第二轨道627之间的间距，(iv)夹紧件间间距650、652、654、655、657和659，以及(v)聚合物薄膜605的局部温度等。

在示例工艺中，当聚合物薄膜605由夹紧件624和626引导穿过系统600时，该聚合物薄膜可以在区域630、635、640、645和647中的每一者内被加热到选定温度。可以使用更少或更多数量的热控制区。如所示出的，在区域635内，第一轨道625和第二轨道627可以沿横向方向发散，使得聚合物薄膜605可以在被加热到例如高于其玻璃化转变温度(Tg)但小于熔化开始的温度的情况下在横向方向上被拉伸。

仍然参考图6，在区域635内，第一轨道625上的相邻第一夹紧件624之间的间距652和第二轨道627上的相邻第二夹紧件626之间的间距657相对于输入区630内的夹紧件间间距650和655可以减小。在某些实施方案中，夹紧件间间距652和657从初始间距650和655的减小可以近似调节为横向拉伸比的平方根。实际比率可以取决于聚合物薄膜的泊松比以及对拉伸薄膜的要求，包括平坦度、厚度等。因此，在一些实施方案中，垂直于拉伸方向的聚合物薄膜的平面内轴线可以以等于拉伸方向上的拉伸比的平方根的量进行松弛。可以通过相对于夹紧件间间距650和655减小夹紧件间间距652和657来允许聚合物薄膜在沿横向方向拉伸的情况下沿机器方向松弛。

可以在每个加热区内控制聚合物薄膜的温度。例如，在拉伸区635内，聚合物薄膜605的温度例如可以是恒定的或在子区域665和670内被独立地控制。在一些实施方案中，当经拉伸的聚合物薄膜605进入区域640时，聚合物薄膜605的温度可以降低。在区域635内的拉伸动作之后快速降低温度(即，热淬火)可以增强聚合物薄膜605的顺应性。在一些实施方案中，聚合物薄膜605可以是热稳定的，其中，可以在后拉伸区640、645和647的每一者内控制聚合物薄膜605的温度。可以通过强制热对流或辐射(例如，IR辐射)或它们的组合来控制聚合物薄膜的温度。

根据一些实施方案，在拉伸区635的下游，第一轨道625与第二轨道627之间的横向距离可以保持不变，或者如所示的，在假设恒定的分离距离(例如，在输出区647内)之前开始减小(例如，在区域640和区域645内)。在相关的方面，相对于沿第一轨道625的夹紧件间间距652和沿第二轨道627的夹紧件间间距657，拉伸区635下游的夹紧件间间距可以增大或减小。例如，输出区647内沿第一轨道625的夹紧件间间距655可以小于拉伸区635内的夹紧件间间距652，而输出区647内沿第二轨道627的夹紧件间间距659可以小于拉伸区635内的夹紧件间间距657。根据一些实施方案，可以通过如下方式来控制夹紧件之间的间距：修改线性步进马达线路上的夹紧件的局部速度，或者通过使用将夹紧件连接到相应轨道的附件和可变夹紧件间距机构。

为了在TD方向上拉伸的情况下促进交叉拉伸松弛，拉伸区635内的夹紧件间间距652和657可以相对于输入区630内的相应的夹紧件间间距650和655减小至少约20％(例如，20％、30％、40％或50％或更多)。松弛轮廓可以是恒定的或可变的，即，作为位置的函数，跨越拉伸区635。根据一些实施方案，拉伸区635内的最大TD拉伸比为至少约2并且小于约4。经拉伸和取向的聚合物薄膜615可以从系统600去除，并在进一步的拉伸步骤中被拉伸，诸如经由具有如图4所示的松弛的长度取向。

参考图7，示出的是用于形成各向异性聚合物薄膜的另一示例系统。薄膜取向系统700可以包括薄膜输入区730、薄膜输出区745和夹紧件阵列720，该薄膜输入区用于接收和预热聚合物薄膜705的结晶或结晶性部分710，该薄膜输出区用于输出聚合物薄膜705的至少部分结晶和取向部分715，该夹紧件阵列在输入区730与输出区745之间延伸，该夹紧件阵列被配置为夹持和引导聚合物薄膜705通过系统700。如之前的实施方案，夹紧件阵列720可以包括可滑动地设置在第一轨道725上的多个第一夹紧件724和可滑动地设置在第二轨道727上的多个第二夹紧件726。在某些实施方案中，结晶或结晶性部分710可以对应于经拉伸和取向的聚合物薄膜615。

在示例工艺中，在输入区730附近，第一夹紧件724和第二夹紧件726可以固定到聚合物薄膜705的边缘部分，其中，位于给定轨道725、727上的相邻夹紧件可以以初始夹紧件间间距750和755设置，该初始夹紧件间间距沿输入区730内的两个轨道可以是基本恒定的或可变的。在输入区730内，第一轨道725与第二轨道727之间沿横向方向的距离可以是恒定的或基本恒定的。

系统700还可以包括一个或多个区域735和740等。系统700的动态允许独立地控制：(i)聚合物薄膜705的平移速率，(ii)第一轨道725和第二轨道727的形状，(iii)第一轨道725与第二轨道727之间沿横向方向的间距，(iv)输入区730内以及输入区下游内的夹紧件间间距750和755(例如，夹紧件间间距752、754、757和759)，以及(v)聚合物薄膜的局部温度等。

在示例工艺中，当聚合物薄膜705被夹紧件724和726引导通过系统700时，聚合物薄膜可以在区域730、735、740和745中的每一者内被加热至选定的温度。在变形期间(即，在区域735内)，可以使用高于聚合物薄膜705的组分的玻璃化转变温度的温度，而在一个或多个下游区域中的每一者内可以使用更低的温度、相同的温度或更高的温度。

如在之前的实施方案中，在拉伸区735内可以局部控制聚合物薄膜705的温度。根据一些实施方案，聚合物薄膜705的温度可以在拉伸动作期间保持为恒定或基本恒定的值。根据另一实施方案，聚合物薄膜705的温度可以在拉伸区735内递增。也就是说，随着聚合物薄膜705沿机器方向推进，其温度可以在拉伸区735内升高。作为示例，可以在加热区a、b和c中的每一者内局部地控制拉伸区735内的聚合物薄膜705的温度。

温度轮廓可以是连续的、不连续的或这两者的组合。如图7所示，加热区a、b和c可以延伸跨越聚合物薄膜705的宽度，并且每个区域内的温度可以根据关系Tg<Ta<Tb<Tc<Tm来独立地控制。相邻加热区之间的温差可以小于约20℃，例如小于约10℃或小于约5℃。

仍然参考图7，在区域735内，第一轨道725上相邻的第一夹紧件724之间的间距752和第二轨道727上相邻第二夹紧件726之间的间距757可以相对于输入区730内的相应夹紧件间间距750和755而增加，这可以向聚合物薄膜705施加平面内拉应力并沿机器方向拉伸聚合物薄膜。此外，变形区域735内的一个或两个轨道725、727上的夹紧件间间距的范围可以是恒定的或可变的，并且例如，作为沿机器方向的位置的函数而增加。

在拉伸区域735内，夹紧件间间距752、757可以线性增加，使得主要变形模式可以处于恒定速度。例如，聚合物薄膜的应变速率可以沿着机器方向降低。在其他实施方案中，可以以恒定的应变速率拉伸聚合物薄膜705，其中，夹紧件间间距可以指数增加。

在某些实施例中，可以使用薄膜定向系统700来实施逐渐降低的应变速率，以生成高折射率聚合物薄膜。例如，在拉伸区域735内，夹紧件间间距可以被配置为使得每对连续的夹紧件724、726之间的距离沿着机器方向增加。可以独立地控制每对连续夹紧件之间的夹紧件间间距，以实现沿机器方向期望的应变速率。

响应于沿机器方向施加的拉伸应力，系统700被配置为抑制应力的产生以及伴随的沿机器方向的晶体的重新排列。如所示出的，在区域735内，第一轨道725和第二轨道727可以沿横向方向汇集，使得聚合物薄膜705可以在横向方向松弛，同时在机器方向上被拉伸。使用单个拉伸步骤或多个拉伸步骤，聚合物薄膜705可以被拉伸至少大约4倍(例如，4、5、6、7、8、9、10、20、40、100或更多，包括上述任何值之间的范围)。

在拉伸区域735内，第一轨道725和第二轨道727的倾斜角(即，相对于机械方向)可以是恒定的或可变的。在特定实施例中，拉伸区域735内的倾斜角可以沿着机器方向减小。也就是说，根据某些实施方案，加热区a内的倾斜角可以大于加热区b内的倾斜角，并且加热区b内的倾斜角可以大于加热区c内的倾斜角。这样的配置可以用于在聚合物薄膜前进通过系统700时提供拉伸区735内的(沿横向的)松弛速率的逐渐减小。

在一些实施方案中，当拉伸的聚合物薄膜705离开区域735时，可以降低聚合物薄膜705的温度。在一些实施方案中，聚合物薄膜705可以是热稳定的，其中，可以在后变形区域740745中的每一者内控制聚合物薄膜705的温度。可以通过强制热对流或辐射(例如，IR辐射)或它们的组合来控制聚合物薄膜的温度。

相对于沿第一轨道725的夹紧件间间距752和沿第二轨道727的夹紧件间间距757，在变形区735下游的夹紧件间间距可以增大或基本保持恒定。例如，输出区745内沿第一轨道725的夹紧件间间距755可以基本上等于当夹紧件离开区域735时的夹紧件间间距752，并且输出区745内沿第二轨道727的夹紧件间间距759可以基本上等于当夹紧件离开区域735时的夹紧件间间距757。在拉伸动作之后，例如，可以在一个或多个下游区域740、745内对聚合物薄膜705进行热处理。

薄膜取向系统700的应变影响由单元区段760和765示意性地示出，该单元区段分别示出了针对聚合物薄膜705的选定区域的变形前和变形后的尺寸。在所示实施方案中，聚合物薄膜705具有预拉伸宽度(例如，沿横向方向)和预拉伸长度(例如，沿机器方向)。如将理解的是，拉伸后宽度可以小于拉伸前宽度，并且拉伸后长度可以大于拉伸前长度。

在一些实施方案中，辊对辊系统可以与薄膜取向系统(诸如，薄膜取向系统600或薄膜取向系统700)相结合，以操纵聚合物薄膜。在另一实施方案中，如本文参考图8所示出的，辊对辊系统本身可以被配置为薄膜取向系统。

图8中描绘了示例辊对辊聚合物薄膜取向系统。结合系统800，用于拉伸聚合物薄膜820的方法可以包括：将聚合物薄膜安装在线性辊805与线性辊815之间，并且将位于辊805与辊815之间的聚合物薄膜的一部分加热到高于其玻璃化转变温度的温度。辊805和815可以布置为在其间具有可控的间距810。热源(未示出)(诸如，可选地配备有IR反射器的IR源)可以用于加热辊之间的变形区内的聚合物薄膜820。

在控制聚合物薄膜的温度的的情况下可以使辊805和815接合，并且可以拉伸聚合物薄膜。例如，第一辊805可以以第一速率旋转，并且第二辊815可以以大于该第一速率的第二速率旋转，以沿第一辊与第二辊之间的机械方向拉伸聚合物薄膜。在辊之间的变形区内，系统800可以被配置为局部地控制聚合物薄膜的温度和应变速率。在一些示例中，随着聚合物薄膜从辊805前进到辊815，聚合物薄膜的温度可能升高，而聚合物薄膜的应变速率可能降低。然后，在辊815的下游，聚合物薄膜可以在保持所施加的应力的情况下进行冷却。系统800可以用于形成单轴取向的聚合物薄膜。可以将附加辊添加到系统800，以控制聚合物薄膜的输送和拾取。

参考图9，示意性地示出了用于制造各向异性聚合物薄膜的压延方法。在方法900中，可以将经拉伸的PVDF薄膜915(诸如，取向的聚合物薄膜615或取向的聚合物薄膜715)进料到压延系统920中。压延系统920可以包括限定啮合区(nip region)925的一对反向旋转的辊922和924。当薄膜915进入啮合区925并且在辊922与辊924之间时，薄膜915可以被压缩。在示例性实施方案中，可以加热辊922和924。在一些示例中，压延期间辊的温度可能高于聚合物的玻璃化转变温度。在一些示例中，压延工艺期间辊的温度可以小于、等于或大于聚合物的熔融起始温度。

在压延期间，可以压缩经拉伸的PVDF薄膜915中存在的空隙917，并且可以降低薄膜内的总空隙率。此外，可以使暴露在薄膜表面的空隙平滑，这导致表面粗糙度降低，并且除了薄膜的本体内空隙的压缩之外，还导致更高的透射率和更高的热导率。

根据一些实施方案，聚合物薄膜可以包括结晶聚合物和低(即，较低的)分子量添加剂。例如，PVDF和其他PVD族聚合物薄膜的压电性能可以由薄膜中取向的β相晶体的量决定。可以在膜形成、拉伸和/或电极化的动作期间形成β相晶体。

尽管总结晶度和结晶配向程度可能受到常规工艺的限制(例如，由于链缠结)，但是申请人已经示出，凝胶流延方法、任选地与向薄膜组合物添加低分子量添加剂相结合可以减少高分子量组分的链缠结，这可以增加β相结晶的总体程度以及增加聚合物薄膜内的β相晶体的配向，例如，在形成、拉伸和/或极化操作期间。

示例实施方案

实施例1：一种聚合物薄膜，该聚合物薄膜包括具有至少约100,000g/mol分子量的结晶PVDF族聚合物，其中，该聚合物薄膜具有至少约0.1的机电耦合因子(k₃₁)。

实施例2：根据实施例1所述的聚合物薄膜，其中，结晶PVDF族聚合物优先沿预定轴线取向。

实施例3：根据实施例1和2中任一项所述的聚合物薄膜，其中，结晶PVDF族聚合物包括选自以下项的部分：偏氟乙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯、氟乙烯、其均聚物、其共聚物、其三聚体及其衍生物。

实施例4：根据实施例1-3中任一项所述的聚合物薄膜，该聚合物薄膜还包括添加剂，该添加剂具有小于结晶PVDF族聚合物分子量的分子量。

实施例5：根据实施例4所述的聚合物薄膜，其中，添加剂包括选自以下项的部分：偏氟乙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯、氟乙烯、其均聚物、其共聚物、其三聚体及其衍生物。

实施例6：根据实施例4和5中任一项所述的聚合物薄膜，其中，添加剂包括成核剂、压电陶瓷和阳离子中的一种或多种。

实施例7：根据实施例4-6中任一项所述的聚合物薄膜，其中，添加剂包含非反应性部分，该非反应性部分选自酯、醚、羟基、磷酸根、氟、卤素和腈。

实施例8：根据实施例4-7中任一项所述的聚合物薄膜，其中，添加剂构成聚合物薄膜的约0.1wt.％至约90wt.％。

实施例9：根据实施例4-8中任一项所述的聚合物薄膜，其中，添加剂包括硫醇或酸。

实施例10：根据实施例4-9中任一项所述的聚合物薄膜，其中，添加剂具有小于约25,000g/mol的分子量。

实施例11：根据实施例4-9中任一项所述的聚合物薄膜，其中，添加剂具有约25,000g/mol至约100,000g/mol的分子量。

实施例12：一种方法，该方法包括：形成包括结晶性PVDF族聚合物和液体溶剂的聚合物溶液；由聚合物溶液形成凝胶；由凝胶通过压延或固态挤出形成聚合物薄膜；拉伸聚合物薄膜；以及向聚合物薄膜施加电场以形成经极化的聚合物薄膜，其中，经极化的聚合物薄膜的机电耦合因子(k₃₁)至少为约0.1。

实施例13：根据实施例12所述的方法，其中，形成凝胶包括从聚合物溶液中去除液体溶剂的至少一部分。

实施例14：根据实施例12和13中任一项所述的方法，其中，形成凝胶包括冷却聚合物溶液。

实施例15：根据实施例12-14中任一项所述的方法，其中，形成凝胶包括添加不良溶剂至聚合物溶液。

实施例16：根据实施例12-15中任一项所述的方法，其中，拉伸聚合物薄膜包括施加单轴应力。

实施例17：根据实施例12-16中任一项所述的方法，其中，拉伸聚合物薄膜包括施加双轴应力。

实施例18：根据实施例12-17中任一项所述的方法，其中，拉伸聚合物薄膜包括沿聚合物薄膜的第一平面内方向施加第一拉伸应力、以及沿聚合物薄膜的第二平面内方向施加第二拉伸应力。

实施例19：根据实施例12-18中任一项所述的方法，该方法还包括对聚合物薄膜进行热处理。

实施例20：一种聚合物薄膜，该聚合物薄膜包括具有双峰分子量分布的结晶PVDF族聚合物，其中，聚合物薄膜包括以下项的至少一者：(i)至少约5Gpa的平面内弹性模量；以及(ii)大于约20pC/N的压电系数(d₃₁)。

本公开的实施方案可以包括各种类型的人工现实系统或结合各种类型的人工现实系统来实施。人工现实是一种在呈现给用户之前以某种方式进行了调节的现实形式，该现实形式可以包括例如虚拟现实、增强现实、混合现实(mixed reality)、混杂现实(hybridreality)或它们的某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全计算机生成的内容、或与采集(例如，现实世界)的内容组合的计算机生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或它们的某种组合，以上中的任何一者可以在单个通道或多个通道(诸如，向观看者产生三维(3D)效果的立体视频中)呈现。此外，在一些实施方案中，人工现实还可以与用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式用于人工现实(例如，在人工现实中执行活动的)应用、产品、配件、服务或它们的一些组合相关联。

人工现实系统可以以各种不同的形状要素和配置来实施。一些人工现实系统可以被设计为在没有近眼显示器(Near-eye Display，NED)的情况下工作。其它人工现实系统可以包括也提供对现实世界的可见性的NED(诸如，图10中的增强现实系统1000)或者使用户在视觉上沉浸在人工现实中的NED(诸如，图11中的虚拟现实系统1000)。虽然一些人工现实设备可以是独立式系统，但是其他人工现实设备可以与外部设备通信和/或配合，以向用户提供人工现实体验。这种外部设备的示例包括手持式控制器、移动设备、台式计算机、用户穿戴的设备、一种或多种其他用户穿戴的设备、和/或任何其他合适的外部系统。

转到图10，增强现实系统1000可以包括具有框架1010的眼镜设备1002，该框架被配置为将左显示设备1015(A)和右显示设备1015(B)保持在用户眼睛的前方。显示设备1015(A)和1015(B)可以一起或独立地作用以向用户呈现一幅图像或一系列图像。虽然增强现实系统1000包括两个显示器，但是本公开的实施方案可以在具有单个NED或多于两个NED的增强现实系统中实施。

在一些实施方案中，增强现实系统1000可以包括一种或多种传感器，诸如传感器1040。传感器1040可以响应于增强现实系统1000的运动而生成测量信号，并且可以位于框架1010的基本任何部分上。传感器1040可以代表各种不同的感测机构中的一种或多种，诸如位置传感器、惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)、深度摄像头组件、结构光发射器和/或检测器、或它们的任何组合。在一些实施方案中，增强现实系统1000可以包括或可以不包括传感器1040，或者可以包括多于一个的传感器。在传感器1040包括IMU的实施方案中，IMU可以基于来自传感器1040的测量信号生成校准数据。传感器1040的示例可以包括但不限于加速度计、陀螺仪、磁力计、检测运动的其他合适类型的传感器、用于IMU的误差校准的传感器、或它们的某种组合。

在一些示例中，增强现实系统1000还可以包括具有多个声换能器(acoustictransducer)1020(A)至声换能器1020(J)的传声器阵列，这些声换能器统称为声换能器1020。声换能器1020可以表示检测由声波引起的空气压力变化的换能器。每个声换能器1020可以被配置为检测声音并且将检测到的声音转换成电子格式(例如，模拟格式或数字格式)。图10中的传声器阵列可以包括，例如，十个声换能器：被设计为放置在用户的相应耳部内的声换能器1020(A)和1020(B)；以及可以定位在框架1010上的不同位置的声换能器1020(C)、1020(D)、1020(E)、1020(F)、1020(G)和1020(H)；和/或，可以定位在相应的颈带1005上的声换能器1020(I)和1020(J)。

在一些实施方案中，声换能器1020(A)至1020(J)中的一者或多者可以用作输出换能器(例如，扬声器)。例如，声换能器1020(A)和/或1020(B)可以是耳塞式耳机或任何其它合适类型的耳机或扬声器。

传声器阵列的声换能器1020的配置可以变化。尽管增强现实系统1000在图10中被示出为具有十个声换能器1020，但是声换能器1020的数量可以多于或少于十个。在一些实施方案中，使用更多数量的声换能器1020可以增加收集到的音频信息的量和/或音频信息的灵敏度和准确性。相反，使用更少数量的声换能器1020可以降低相关的控制器1050处理收集到的音频信息所需的计算能力。此外，传声器阵列的每声换能器1020的位置可以变化。例如，声换能器1020的位置可以包括用户上的限定位置、框架1010上的限定坐标、与每个声换能器1020相关的取向或它们的某种组合。

声换能器1020(A)和1020(B)可以位于用户耳朵的不同部分上，例如耳廓(pinna)后面、耳屏(tragus)后面、和/或耳廓(auricle)或耳窝(fossa)内。替代地，除了耳道内部的声换能器1020之外，耳朵上或耳朵周围可以有附加的声换能器1020。使声换能器1020位于用户的耳道附近可以使传声器阵列能够收集关于声音如何到达耳道的信息。通过将声换能器1020中的至少两个声换能器定位在用户头部的两侧(例如，作为双耳传声器)，增强现实系统1000可以模拟双耳听力并采集围绕用户头部的3D立体声场。在一些实施方案中，声换能器1020(A)和1020(B)可以经由有线连接1030连接到增强现实系统1000，而在其它实施方案中，声换能器1020(A)和1020(B)可以经由无线连接(例如，蓝牙连接)连接到增强现实系统1000。在又一实施方案中，声换能器1020(A)和1020(B)可以根本不与增强现实系统1000结合使用。

框架1010上的声换能器1020可以以各种不同的方式进行定位，包括沿镜腿的长度定位、跨过镜梁定位、定位在左显示设备1015(A)和右显示设备1015(B)的上方或下方、或它们的某种组合。声换能器1020还可以被取向为使得传声器阵列能够检测穿戴着增强现实系统1000的用户周围的宽范围方向上的声音。在一些实施方案中，可以在增强现实系统1000的制造期间执行优化工艺，以确定每个声换能器1020在传声器阵列中的相对定位。

在一些示例中，增强现实系统1000可以包括外部设备(例如，配对设备)或可以连接到该外部设备，诸如颈带1005。颈带1005通常表示任何类型或形式的配对设备。因此，以下对颈带1005的讨论也可以应用于各种其它配对设备，诸如，充电盒、智能手表、智能手机、腕带、其它可穿戴设备、手持式控制器、平板计算机、便携计算机、其它外部计算设备等。

如所示出的，颈带1005可以经由一个或多个连接器耦接至眼镜设备1002。该连接器可以是有线的或无线的，并且可以包括电子组件和/或非电子组件(例如，结构组件)。在一些情况下，眼镜设备1002和颈带1005可以在它们之间没有任何有线连接或无线连接的情况下独立地运行。尽管图10示出了眼镜设备1002的组件和颈带1005的组件位于眼镜设备1002和颈带1005上的示例位置，但是这些组件可以位于眼镜设备1002和/或颈带1005上的其它位置和/或不同地分布在眼镜设备1002和/或颈带1005上。在一些实施方案中，眼镜设备1002和颈带1005的组件可以位于与眼镜设备1002配对的一种或多种额外的外围设备上、颈带1005上、或它们的某种组合。

将外部设备(诸如，颈带1005)与增强现实眼镜设备进行配对可以使眼镜设备能够实现一副眼镜的形状要素，并且仍然为扩展能力提供足够的电池和计算能力。增强现实系统1000的电池电量、计算资源和/或附加特征中的一些或全部可以由配对设备提供，或者在配对设备与眼镜设备之间共享，从而总体上降低眼镜设备的重量、热分布和形状要素，同时仍然保留所期望的功能。例如，颈带1005可以允许将原本包括在眼镜设备上的组件包括在颈带1005中，因为用户的肩部上可以承受比其头部上可以承受的重量负荷更重的重量负荷。颈带1005还可以具有更大的表面积，在该表面积上将热扩散和分散到周围环境。因此，相较于独立式眼镜设备上原本可能有的电池容量和计算能力，颈带1005可以允许更大的电池容量和计算能力。由于颈带1005中携带的重量比眼镜设备1002中携带的重量对用户的侵害性更小，因此与用户承受穿戴沉重的独立式眼镜设备相比，用户可以在更长的时间长度内承受穿戴更轻的眼镜设备并且携带或穿戴配对设备，从而使得用户能够更充分地将人工现实环境融入其日常活动中。

颈带1005可以与眼镜设备1002通信耦合，和/或通信耦合至其它多个设备。这些其它设备可以为增强现实系统1000提供某些功能(例如，追踪、定位、深度图构建(depthmapping)、处理、存储等)。在图10的实施方案中，颈带1005可以包括两个声换能器(例如，声换能器1020(I)和声换能器1020(J))，这两个声换能器是传声器阵列的一部分(或者潜在地形成它们自己的传声器子阵列)。颈带1005还可以包括控制器1025和电源1035。

颈带1005的声换能器1020(I)和声换能器1020(J)可以被配置为检测声音并将检测到的声音转换为电子格式(模拟或数字)。在图10的实施方案中，声换能器1020(I)和声换能器1020(J)可以被定位在颈带1005上，从而增加颈带的声换能器1020(I)和1020(J)与被定位在眼镜设备1002上的其它声换能器1020之间的距离。在一些情况下，增加传声器阵列的各声换能器1020之间的距离可以改善经由传声器阵列执行的波束成形的准确性。例如，如果由声换能器1020(C)和声换能器1020(D)检测到声音，并且声换能器1020(C)与声换能器1020(D)之间的距离大于例如声换能器1020(D)与声换能器1020(E)之间的距离，则所确定的检测到的声音的源位置可以比由声换能器1020(D)和声换能器1020(E)检测到声音的情况更准确。

颈带1005的控制器1025可以处理由颈带1005和/或增强现实系统1000上的传感器生成的信息。例如，控制器1025可以处理来自传声器阵列的信息，该信息描述了由传声器阵列检测到的声音。对于每个检测到的声音，控制器1025可以执行波达方向(direction-of-arrival，DOA)估计，以估计检测到的声音从哪个方向到达传声器阵列。当传声器阵列检测到声音时，控制器1025可以用信息填充音频数据集。在增强现实系统1000包括惯性测量单元的实施方案中，控制器1025可以根据位于眼镜设备1002上的IMU计算所有惯性和空间运算。连接器可以在增强现实系统1000与颈带1005之间，以及在增强现实系统1000与控制器1025之间传送信息。该信息可以是光学数据形式、电子数据形式、无线数据形式、或任何其他可传输的数据形式。将对由增强现实系统1000所生成的信息的处理移动到颈带1005可以减少眼镜设备1002的重量和热量，使得该眼镜设备对用户而言更舒适。

颈带1005中的电源1035可以向眼镜设备1002和/或向颈带1005提供电力。电源1035可以包括但不限于锂离子电池、锂-聚合物电池、一次性锂电池、碱性电池或任何其它形式的电力存储装置。在一些情况下，电源1035可以是有线电源。在颈带1005上而不是在眼镜设备1002上包括电源1035，可以有助于更好地分布由电源1035产生的重量和热量。

如所指出的，一些人工现实系统可以用虚拟体验来基本上替代用户对现实世界的感官感知中的一种或多种感官感知，而不是将人工现实与实际现实相混合。这种类型的系统的一个示例是大部分或完全覆盖用户的视场的头戴式显示系统，例如图11中的虚拟现实系统1100。虚拟现实系统1100可以包括前刚性本体1102和被成形以适配成围绕用户的头部的带1104。虚拟现实系统1100还可以包括输出音频换能器1106(A)和1106(B)。此外，尽管在图11中未示出，但是前刚性本体1102可以包括一个或多个电子元件，包括一个或多个电子显示器、一个或多个惯性测量单元(IMU)、一个或多个跟踪发射器或检测器和/或用于创建人工现实体验的任何其它合适的设备或系统。

人工现实系统可以包括各种类型的视觉反馈机制。例如，增强现实系统1000和/或虚拟现实系统1100中的显示设备可以包括一种或多种液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、微型LED显示器、有机LED(OLED)显示器、数字光投影(digital light project，DLP)微型显示器、硅基液晶(liquid crystal on silicon，LCoS)微型显示器和/或任何其它合适类型的显示屏。这些人工现实系统可以包括用于双眼的单个显示屏，或者可以为每只眼睛提供一个显示屏，这可以允许针对变焦调节或校正用户的屈光误差的额外灵活度。这些人工现实系统中的一些人工现实系统还可以包括光学子系统，这些光学子系统具有一种或多种透镜(例如，常规的凹透镜或凸透镜、菲涅耳透镜、可调液体透镜等)，用户可以通过该一种或多种透镜观看显示屏。这些光学子系统可以用于各种目的，这些目的包括准直光(例如，使对象显现在比其物理距离更远的距离处)、放大光(例如，使对象显现得比其实际尺寸更大)和/或中继光(例如，到达观看者的眼睛)。这些光学子系统可以用于直视型架构(诸如，直接准直光，但导致所谓枕形畸变的单透镜配置)和/或非直视型架构(诸如，产生所谓桶形畸变以使枕形畸变无效的多透镜配置)。

除了使用显示屏之外或者替代使用显示屏，本文描述的多个人工现实系统中的一些人工现实系统可以包括一种或多种投射系统。例如，增强现实系统1000中的显示设备和/或虚拟现实系统1100中的显示设备可以包括将光(使用例如波导)投射到显示设备中的微型LED投射器，例如允许环境光穿过的透明组合器透镜。显示设备可以将投射的光向用户的瞳孔折射，并且可以使用户能够同时观看人工现实内容和现实世界两者。显示装置可以使用各种不同光学组件中的任何一种来实现这一点，这些光学组件包括波导组件(例如，全息波导元件、平面波导元件、衍射波导元件、偏振波导元件和/或反射波导元件)、光操纵表面和元件(诸如，衍射元件和光栅、反射元件和光栅、以及折射元件和光栅)、耦接元件等。人工现实系统还可以配置有任何其它合适类型或形式的图像投影系统，诸如用于虚拟视网膜显示器的视网膜投影仪。

本文描述的人工现实系统还可以包括各种类型的计算机视觉组件和子系统。例如，增强现实系统1000和/或虚拟现实系统1100可以包括一种或多种光学传感器，例如二维(2D)摄像头或三维(3D)摄像头、结构化光发射器和检测器、飞行时间深度传感器、单波束测距仪或扫描激光测距仪、3D激光雷达(LiDAR)传感器和/或任何其它合适类型或形式的光学传感器。人工现实系统可以处理来自这些传感器中的一种或多种的数据，从而识别用户的位置、映射现实世界、向用户提供关于现实世界环境的内容和/或执行各种其它功能。

本文描述的人工现实系统还可以包括一种或多种输入和/或输出音频换能器。输出音频换能器可以包括音圈扬声器、带式扬声器、静电扬声器、压电扬声器、骨传导换能器、软骨传导换能器、耳屏振动换能器和/或任何其它合适类型或形式的音频换能器。类似地，输入音频换能器可以包括电容式传声器、动态传声器、带式传声器和/或任何其它类型或形式的输入换能器。在一些实施方案中，对于音频输入和音频输出两者，可以使用单个换能器。

在一些实施方案中，本文描述的人工现实系统还可以包括能触知的(即，触觉)反馈系统，这些反馈系统可以结合到头饰、手套、紧身衣、手持式控制器、环境设备(例如，椅子、地板垫等)和/或任何其它类型的设备或系统中。触觉反馈系统可以提供各种类型的皮肤反馈，这些皮肤反馈包括振动、力、牵拉、质地和/或温度。触觉反馈系统还可以提供各种类型的动觉反馈，例如运动和柔度。可以使用电机、压电致动器、流体系统和/或各种其他类型的反馈机构来实施触觉反馈。触觉反馈系统可以独立于其它人工现实设备，在其它人工现实设备内和/或与其它人工现实设备结合来实施。

通过提供触觉知觉、听觉内容和/或视觉内容，人工现实系统可以在各种情境和环境中创建完整的虚拟体验或增强用户的现实世界体验。例如，人工现实系统可以辅助或扩展用户在特定环境内的感知、记忆或认知。一些系统可以增强用户与现实世界中的其它人的交互，或者可以实现与虚拟世界中的其它人的更加沉浸式的交互。人工现实系统也可以用于教育目的(例如，用于学校、医院、企业等中的教学或训练)、娱乐目的(例如，用于玩视频游戏、听音乐、观看视频内容等)和/或用于可接入性目的(例如，用作助听器、视觉辅助器等)。本文所公开的实施方案可以在这些情境和环境中的一种或多种中和/或在其它情境和环境中实现或增强用户的人工现实体验。

本文描述和/或示出的过程参数和步骤的顺序仅作为示例给出，并且可以根据期望改变。例如，虽然本文示出和/或描述的步骤可以以特定顺序示出或论述，但是这些步骤不一定需要以所示出或所论述的顺序执行。本文描述和/或示出的各种示例性方法还可以省略本文描述或示出的这些步骤中的一种或多种，或者包括除了所公开的那些步骤之外的附加步骤。

提供了前面的描述，以使本领域的其他技术人员能够最好地利用本文公开的示例性实施方案的各个方面。该示例性描述并不旨在穷举或局限于所公开的任何精确形式。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，许多修改和变化是可能的。本文所公开的实施方案在所有方面都应当被认为是说明性的，而非限制性的。在确定本公开的范围时，应当参考所附的权利要求及其等同物。

除非另有说明，否则说明书和权利要求书中使用的术语“连接至”和“耦接至”(以及其派生词)应被解释为允许直接和间接(即，经由其它元件或部件)连接。此外，如在说明书和权利要求中使用的术语“一”或“一个”应被解释为意指“……中的至少一个”。最后，为了便于使用，说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“具有”(以及它们的派生词)与词语“包含”可互换并具有相同的含义。

应当理解的是，当一个元素(例如，层或区域)被称为形成在另一元素上、沉积在另一元素上或设置在另一元素“上”或“上方”时，该一个元素可以直接位于该另一元素的至少一部分上，或者也可以存在一种或多种中间元素。相反，当一个元素被称为“直接在另一元素上”或“直接在另一元素上方”时，该一个元素可以位于该另一元素的至少一部分上，而不存在中间元素。

如本文所使用的，关于给定参数、性质或条件的术语“基本上”可以指并包括本领域技术人员将会理解的程度，即给定参数、性质或条件满足较小程度(例如，在可接受的制造公差内)的变化。作为示例，取决于基本上满足的特定参数、性质或条件，该参数、性质或条件可以至少约90％满足、至少约95％满足、或甚至至少约99％满足。

如本文所使用的，在某些实施方案中，关于特定数值或值范围的术语“约”可以指并包括所述的值以及在所述的值的10％内的所有值。因此，作为示例，在某些实施方案中，将数值“50”称为“约50”可以包括等于50±5的值，即在45到55范围内的值。

虽然可以使用过渡短语“包括”来公开特定实施方案的各种特征、元素或步骤，但是应当理解的是，替代实施方案(包括可以使用过渡短语“由……构成”或“基本由……构成”描述的实施方案)是隐含的。因此，例如，包括(comprise)或包括(include)聚偏氟乙烯的聚合物薄膜的隐含替代实施方案包括聚合物薄膜基本上由聚偏氟乙烯构成的实施方案和聚合物薄膜由聚偏氟乙烯构成的实施方案。

Claims (15)

1.一种聚合物薄膜，所述聚合物薄膜包括：

结晶PVDF族聚合物，所述PVDF族聚合物具有至少约100,000g/mol的分子量，其中，所述聚合物薄膜具有至少约0.1的机电耦合因子(k₃₁)。

2.根据权利要求1所述的聚合物薄膜，其中，所述结晶PVDF族聚合物优先沿预定轴线取向。

3.根据权利要求1所述的聚合物薄膜，其中，所述结晶PVDF族聚合物包括选自由以下项构成的组的部分：偏氟乙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯、氟乙烯、其均聚物、其共聚物、其三聚体及其衍生物。

4.根据权利要求1所述的聚合物薄膜，所述聚合物薄膜还包括添加剂，所述添加剂具有小于所述结晶PVDF族聚合物分子量的分子量。

5.根据权利要求4所述的聚合物薄膜，其中，所述添加剂包括选自由以下项构成的组的部分：偏氟乙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯、氟乙烯、其均聚物、其共聚物、其三聚体及其衍生物。

6.根据权利要求4所述的聚合物薄膜，其中，所述添加剂包括：

成核剂、压电陶瓷和阳离子中的一者或多者；

非反应性部分，所述非反应性部分选自由以下项构成的组：酯、醚、羟基、磷酸根、氟、卤素和腈；和/或

硫醇或酸。

7.根据权利要求4所述的聚合物薄膜，其中，所述添加剂包括所述聚合物薄膜的约0.1wt.％至约90wt.％。

8.根据权利要求4所述的聚合物薄膜，其中，所述添加剂具有小于约25,000g/mol、或约25,000g/mol至约100,000g/mol的分子量。

9.一种方法，所述方法包括：

形成包括结晶性PVDF族聚合物和液体溶剂的聚合物溶液；

由所述聚合物溶液形成凝胶；

通过压延或固态挤出、由所述凝胶形成聚合物薄膜；

拉伸所述聚合物薄膜；以及

向所述聚合物薄膜施加电场、以形成经极化的聚合物薄膜，其中，所述经极化的聚合物薄膜的机电耦合因子(k₃₁)至少为约0.1。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，形成所述凝胶包括：

从所述聚合物溶液去除所述液体溶剂的至少一部分；

冷却所述聚合物溶液；和/或

添加不良溶剂至所述聚合物溶液。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，拉伸所述聚合物薄膜包括施加单轴应力。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，拉伸所述聚合物薄膜包括施加双轴应力。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，拉伸所述聚合物薄膜包括沿所述聚合物薄膜的第一平面内方向施加第一拉应力，以及沿所述聚合物薄膜的第二平面内方向施加第二拉应力。

14.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括对所述聚合物薄膜进行热处理。

15.一种聚合物薄膜，所述聚合物薄膜包括：

具有双峰分子量分布的结晶PVDF族聚合物，其中，所述聚合物薄膜包括以下项的至少一者：(i)至少约5Gpa的平面内弹性模量；以及(ii)大于约20pC/N的压电系数(d₃₁)。