CN1819293A - 聚偏氟乙烯压电薄膜传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于聚偏氟乙烯压电薄膜传感器及其制备方法。传感器为长方形薄片状，厚度为30～50μm。将聚偏氟乙烯树脂挤出成膜，然后进行同步拉伸极化，利用模具进行真空镀膜，获得具有压电效应的适合用于电子白板的传感器。拉伸比为4.5∶1，极化温度为65～90℃，极化电场为20～80MV/m。镀膜材料为银和铝，电极的厚度为50～100nm，镀膜的真空度为1×10－3～5×10－3Pa，引出电极之间的距离是21.6mm。本发明的制备工艺简便，易于操作，成本较低并且产品性能稳定。
Description
技术领域
本发明属于聚偏氟乙烯压电薄膜传感器及其制备方法。
背景技术
聚偏氟乙烯压电薄膜是一种在军工和民用都具有广泛用途，十分重要的新材料，由于它对于所加应力能产生电信号，所以是智能结构中理想的传感元件。随着计算机技术的飞速发展，电子白板也应运而生，国内亦有多家电子白板的生产厂家，这给聚偏氟乙烯压电薄膜传感器提供了很大的应用空间和潜力，因此，聚偏氟乙烯压电薄膜传感器将受到越来越广泛的重视和应用。但是国内至今没有专门生产用于电子白板的聚偏氟乙烯压电薄膜传感器的厂家。1975年Naohiro Murayama；Takao Oikawa等人在美国专利US3878274上公开的题为“聚偏氟乙烯树脂薄膜加工过程”中，描述了压电薄膜的制备方法采用悬浮聚合得到的聚偏氟乙烯树脂粉末，挤出成膜，进行3.5倍的拉伸，拉伸分为两种方式：垂直于缠绕方向；平行于缠绕方向。将铝电极沉积于薄膜表面，对薄膜进行极化处理，其拉伸温度100～130℃；极化温度90℃；极化电压50～2000KV/cm之间；极化时间30分钟；热处理温度为70℃，热处理时间1小时。该技术的拉伸倍率不能达到高的晶型转化以及电畴的有序取向，因而影响薄膜的压电性能，技术亦不能连续化加工聚合物压电薄膜。对压电薄膜传感器的制备和生产仍没有较好的解决办法。
发明内容
为了解决用于电子白板的聚偏氟乙烯压电薄膜已有技术的不足，本发明的目的是提供一种聚偏氟乙烯压电薄膜传感器及其制备方法。
实施本发明的技术方案如下：
它由聚偏氟乙烯材料制成的侧面带有耳状的电极3和4的长方形的基片薄膜1，在基片薄膜1上面有镀铝层或镀银层或镀银镀铝层2，电极3和4上分别有小孔5和6；将与引出电极平行的基片薄膜1的两边粘结成圆筒状的聚偏氟乙烯压电薄膜传感器。
聚偏氟乙烯压电薄膜传感器的制作方法如下：采用聚偏氟乙烯树脂作原料，在挤出机头温度为200℃-250℃下进行挤出成膜，挤出时利用调节牵引机的速度来控制膜的厚度，所得膜的宽度为145mm，厚度为90～110μm；再在同步拉伸极化设备上对该挤出成膜进行同步拉伸极化，拉伸比为4.5∶1，拉伸温度为65～90℃，极化电场为20～80MV/m，制得厚度为30～50μm传感器基片薄膜1。压电常数d33为10～23pC/N；然后利用模具对传感器基片薄膜1进行真空镀膜，蒸镀镀银层或镀铝层或镀银镀铝层2，镀层2的厚度为50～100nm，镀膜的真空度为1×10-3～5×10-3Pa；之后从薄膜的侧面分别引出电极3和4，两个电极3和4的宽度均为3.5mm，长度均为8.5～10mm，每个电极3和4上分别做出小孔5和6，两个电极3和4之间的距离是21.6mm，小孔5和6的直径均为1.3mm；将与引出电极平行的薄膜的两边粘结，制得周长为38.7～38.9mm，高为12.0～12.2mm的圆筒状的聚偏氟乙烯压电薄膜传感器。该传感器厚度为30～50μm。电容为1050～1250pF，压电常数d33为10～23pC/N，可以在0～60℃下正常工作。
本发明采用挤出机挤出成膜，由于拉伸极化时的拉伸倍率大，并且同步完成拉伸和极化，因此提高了晶型转化率，从而压电常数增大，薄膜厚度减小，电容增大，达到应用的要求。真空镀膜时银和铝的共同使用使所镀电极牢固、均匀，保证了电极的顺利引出。本发明的特点在于传感器的制备工艺简便，易于操作和掌握，成本较低并且压电传感器的性能优良。
图1为聚偏氟乙烯压电薄膜传感器的平面展开结构示意图。
图2为圆筒状聚偏氟乙烯压电薄膜传感器结构示意图。
具体实施方式
实施例1：将粒状树脂在机头温度240℃下挤出成膜，在70℃和40MV/m的场电下拉伸4.5倍，然后在1×10-3Pa真空度下利用模具镀铝和银，先镀铝电极为55nm，然后镀银电极为16nm，最后引出电极。得到的传感器的形状是周长为38.8mm。高为12.0mm的圆筒状，两电极之间的距离是21.6mm，传感器的厚度为49.5μm，电容为1080pF，压电常数d33为11pC/N。将此传感器应用到电子白板中性能稳定，良好。
实施例2：将粒状树脂在机头温度240℃挤出成膜，在75℃和50MV/m的电压下拉伸4.5倍，然后在2.5×10-3Pa真空度下利用模具镀铝和银，先镀铝电极为40nm，然后镀银电极为25nm，最后引出电极。得到的传感器的形状是周长为38.8mm。高为12.0mm的圆筒状，两电极之间的距离是21.6mm，传感器的厚度为45μm，电容为1120pF，压电常数d33为15pC/N。将此传感器应用到电子白板中性能稳定，良好。
实施例3：将粒状树脂在机头温度240℃挤出成膜，在82℃和58MV/m的电场下拉伸4.5倍，然后在3.8×10-3Pa真空度下利用模具镀铝和银，先镀银电极为30nm，然后镀铝电极为40nm，最后引出电极。得到的传感器的形状是周长为38.8mm。高为12.0mm的圆筒状，两电极之间的距离是21.6mm，传感器的厚度为40μm，电容为1180pF，压电常数d33为18pC/N。将此传感器应用到电子白板中性能稳定，良好。
实施例4：将粒状树脂在机头温度240℃挤出成膜，在85℃和75MV/m的电场下拉伸4.5倍，然后在4.5×10-3Pa真空度下利用模具镀铝和银，先镀银电极为10nm，然后镀铝电极为65nm，最后引出电极。得到的传感器的形状是周长为38.8mm。高为12.0mm的圆筒状，两电极之间的距离是21.6mm，传感器的厚度为35μm，电容为1220pF，压电常数d33为22pC/N。将此传感器应用到电子白板中性能稳定，良好。
实施例5：将粒状树脂在机头温度240℃挤出成膜，在90℃和40MV/m的电场下拉伸4.5倍，然后在2×10-3Pa真空度下利用模具镀铝和银，先镀银电极为20nm，然后镀铝电极为75nm，最后引出电极。得到的传感器的形状是周长为38.8mm。高为12.0mm的圆筒状，两电极之间的距离是21.6mm，传感器的厚度为39μm，电容为1200pF，压电常数d33为16pC/N。将此传感器应用到电子白板中性能稳定，良好。
Claims (4)
1.一种聚偏氟乙烯压电薄膜传感器，其特征在于，它由聚偏氟乙烯材料制成的侧面带有耳状的电极(3)和(4)的长方形的基片薄膜(1)，在基片薄膜(1)上面有镀铝层或镀银层或镀银镀铝层(2)，电极(3)和(4)上分别有小孔(5)和(6)，将与引出电极平行的基片薄膜1的两边粘结成圆筒状构成的聚偏氟乙烯压电薄膜传感器。
2.如权利要求1所述的聚偏氟乙烯压电薄膜传感器，其特征在于，所说的传感器的基片薄膜(1)的厚度为30～50μm；镀膜层(2)的厚度为50～100nm。
3.如权利要求2所述的聚偏氟乙烯压电薄膜传感器，其特征在于，所说的两个电极(3)和(4)的宽度均为3.5mm，长度均为8.5～10mm；两个电极(3)和(4)之间的距离是21.6mm，小孔(5)和(6)的直径均为1.3mm；该传感器的周长为38.7～38.9mm，高为12.0～12.2mm。
4.如权利要求1所述的聚偏氟乙烯压电薄膜传感器的制作方法，其特征在于，其制作的步骤和条件如下：采用聚偏氟乙烯树脂作原料，在挤出机头温度为200℃-250℃下进行挤出成膜，挤出时利用调节牵引机的速度来控制膜的厚度，所得膜的宽度为145mm，厚度为90～110μm；再在同步拉伸极化设备上对该挤出成膜进行同步拉伸极化，拉伸比为4.5∶1，拉伸温度为65～90℃，极化电场为20～80MV/m，制得厚度为30-50μm基片薄膜(1)；然后利用模具对传感器基片薄膜(1)进行真空镀膜，蒸镀镀银层或镀铝层或镀银镀铝层(2)；镀膜层的厚度为50～100nm，镀膜的真空度为1×10-3～5×10-3Pa；之后从薄膜的侧面分别引出电极(3)和(4)；电极(3)和(4)上分别做出小孔(5)和(6)；最后将与引出电极平行的薄膜的两边粘结，制得圆筒状的聚偏氟乙烯压电薄膜传感器。
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