[发明专利]一种具有离子交换增强层的压电元件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电元件的制造方法。

背景技术

压电元件为将压力转换为电信号的元件，其包括压电材料层以及位于该压电材料层两侧的电极层。当在该压电元件表面施加压力时，可在该两电极层检测到相对应的电信号输出。该压电材料层由具有压电效应的材料制成，现有技术中较为常用的压电材料为压电陶瓷，如钛酸钡、钛酸铅及镐钛酸铅等，以及压电聚合物，如聚偏氟乙烯( PVDF)等。

聚偏氟乙烯及其共聚物作为最常见的有机压电聚合物。由于它们具有良好的柔韧性并易制成大面积的薄膜，因而在音频和超声传感器、生物医学传感器、机电换能器以及热释电和光学器件中具有重要的应用前景。但其致动能力低下，在150MV/m 电场下，其电致伸缩应变仅为7%。因此，本领域研究人员希望找到提高电致伸缩应变的可以代替聚偏氟乙烯的压电聚合物，提高压电器件的性能。

发明内容

本发明公开了一种压电元件的制造方法，包括如下步骤：

准备上述压电聚合物，将该压电聚合物在160～190℃加热，使该压电聚合物受热分解；

将该压电聚合物材料与粘结剂以及挥发性溶剂混合形成浆料；将该浆料涂覆于第一电极层表面，形成第一压电层；

干燥该第一压电层；

在该第一压电层表面涂覆离子交换增强层；

将上述浆料涂覆于离子交换增强层表面，形成第二压电层；

干燥该第二压电层；以及

将第二电极层覆盖于该压电层表面并相互压合；

其中，离子交换增强层包含离子交换增强材料和纳米导电颗粒；离子交换增强材料为聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯或聚乙烯醇，纳米导电颗粒为碳纳米管、石墨烯或金属纳米颗粒。

压电层由压电聚合物形成，该压电聚合物为具有化学结构式（I）的材料；

其中

n和m各为大于1的整数；

p为0或大于1的整数；

X和Z各为经取代或未经取代的C₄-C₆₀芳香族单元或脂肪族单元；

Y为经取代或未经取代的C₂-C₄₀脂肪族单元；和

G₁、G₂、G₃和G₄各为经取代或未经取代的C₁-C₁₂脂肪族基。

本发明的有益效果是：以新颖的压电聚合物材料形成压电层，制备得到了新颖的压电元件。该压电元件通过具有不同功函数的金属与压电聚合物相互层叠，当受到压力作用时，该压电层与第一电极层和第二电极层具有不同的肖特基接触，从而产生电势差。该压电元件的电致伸缩应变比现有技术中包括常用压电聚合物，例如聚偏氟乙烯的压电元件提高4～6％。

附图说明

图1是根据本发明的方法制造的具有离子交换增强层的压电元件的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更清楚地理解本发明的技术方案，以下将结合附图详细说明本发明的压电元件及其制造方法。

本发明提供了一种具有离子交换增强层的压电元件的制造方法，其包括以下步骤：

第一，准备压电聚合物材料，并将该压电聚合物材料在160～190℃加热1小时至5小时，使其受热分解。优选地，加热温度为180℃，加热时间为3小时。

第二，将该压电聚合物与粘结剂及挥发性溶剂混合形成一浆料。该压电聚合物与该粘结剂以质量比为90∶10至99∶1的比例混合，优选为97∶3。该挥发性溶剂使该浆料具有一定的流动性，易于涂膜。该挥发性溶剂可以为乙醇、甲醇或丙酮等有机溶剂。本实施例中，将9.7克该压电聚合物与0.3克丙烯腈，并加入10毫升二甲基甲酰胺，在研钵中充分混合均匀。

第三，将该浆料涂覆于第一电极层1表面，形成第一压电层2。该压电层2的厚度优选为10～300微米。本实施例中，可以使用刮刀将所述浆料涂覆于铝箔表面，所形成的第一压电层2的厚度约为150微米。

第四，干燥该第一压电层2，使溶剂挥发。具体地，可将第一电极层1连同该第一压电层2放置于一烘箱中加热干燥。该烘箱的温度可以为40℃～80℃，干燥时间可以为2～5小时。本实施例中，干燥温度为50℃，干燥时间为4小时。