[发明专利]具有铁电驻极体特性的聚合物复合层及其制造方法

说明书

本发明涉及具有铁电驻极体特性的聚合物层结构，其具有第一连续聚合物层和第二连续聚合物层，其中所述第一和第二聚合物层通过倾斜于所述连续聚合物层布置的连接部分而彼此相连，形成中空空间。本发明还涉及根据本发明的聚合物复合层的制造方法，以及包含根据本发明的聚合物复合层的压电元件。

由于其有利的且针对性可调的特性，例如低重量、热导性、机械加工成型性、电学特性和屏障功能，聚合物和聚合物复合材料广泛应用于许多商业用途。例如，将其作为用于食品或其它产品的包装材料，作为例如在建筑业中或机车车辆制造中作为结构-或绝缘材料。然而，功能性聚合物在传感器或致动器应用中作为有源组件也变得越来越重要。

在此，一个重要的应用方面涉及聚合物作为机电转换器或压电转换器。压电材料能够将机械压力转换为电压信号。反之，施加到压电材料的电场可以转换为转换器几何形状的改变。压电材料已在许多应用中整合为有源组件。这些包括例如用于键盘或触摸板的结构化压力传感器，加速传感器，麦克风，扩音器，用于医学技术、航海技术或材料测试的超声波转换器。例如，在专利申请WO2006/053528A1中描述了一种基于聚合物薄膜的压电元件的电声转换器。

近年来，对一类新型压电聚合物，即所谓的铁电驻极体的研究兴趣逐渐增长。铁电驻极体还称为压电驻极体。铁电驻极体是具有中空空间结构的聚合物材料，其能够长时间存储电荷。迄今已知的铁电驻极体具有多孔中空空间结构并且形成为发泡的聚合物膜或形成为聚合物膜或聚合物织物的多层体系。如果电荷根据它们的极性分布在所述中空空间的不同表面上，则每个带电的中空空间表示一个电偶极子。如果这时使中空空间变形，则造成偶极子尺寸改变且导致外部电极之间的电流。铁电驻极体可以展现出与其它的压电材料可比较的压电活性。

铁电驻极体对于商业用途而言，例如对于传感器-、致动器-和发生器体系而言具有不断渐增的兴趣。在经济方面，以工业规模的制造方法的适用性是必不可少的。

一种用于制造发泡铁电驻极体-聚合物膜的方法是用超临界液体，例如用二氧化碳，直接物理发泡均质薄膜。此方法已经在下述公开中进行了描述：在Advanced Functional Materials 17，324-329(2007)，Wemer Wirges，Michael Wegener，Olena Voronina，Larissa Zirkel和Reimund Gerhard-Multhaupt″Optimized preparation of elastically soft，highly piezoelectric，cellular ferroelectrets from nonvoided poly(ethylene terephthalate)films″中和在Applied Physics Letters 90，192908(2007)，P.Fang，M.Wegener，W.Wirges和R.Gerhard L.Zirkel″Cellular polyethylene-naphthalate ferroelectrets：Foaming in supercritical carbon dioxide，structural and electrical preparation，and resulting piezoelectricity″中用聚酯材料，和在Applied Physics A：Materials Science&Processing 90，615-618(2008)，O.Voronina，M.Wegener，W.Wirges，R.Gerhard，L.Zirkel和H.Münstedt″Physical foaming of fluorinated ethylene-propylene(FEP)copolymers in supercritical carbon dioxide：single film fluoropolymer piezoelectrets″中用于含氟聚合物FEP(氟化乙烯丙烯共聚物)。

然而，发泡聚合物膜具有会产生宽的泡沫尺寸分布的缺点。由此在后续的充电步骤中并非所有的泡沫均能均匀良好地充电。