[发明专利]一种复合结构机电换能材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，涉及一种能够实现机械能和电能相互转换的复合结构机电换能材料的制备方法。

背景技术

换能器是一种能量转换器件，能够将一种形式的能量转化成另一种形式的能量。这些能量形式包括(但不限于)电能、机械能、电磁能(包含光能)、化学能、声能和热能。而在换能器中，起关键作用的即是换能材料。目前，在环境振动能量采集器和生物动能能量采集器中广泛应用的换能材料是压电材料(包括压电陶瓷和铁电聚合物)。压电材料是一种机电换能材料，能够实现机械能和电能之间的转换。

压电材料又可以分为无机压电材料、有机压电材料及复合压电材料，其可以实现机械能和电能之间的转换，其工作原理为：如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差(称之为正压电效应)，反之施加电压，则产生机械应力(称为逆压电效应)，也就是说压电材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用，现已广泛地应用于各种声电传感器、力学传感器、振动能量采集等领域。

目前，用于制备机电换能材料的方法有很多，申请号为200810067783.X的中国发明专利公布了一种压电复合材料及其制备方法，该压电复合材料包括填充物和至少两层压电材料，根据各层压电材料的极性，相邻层压电材料反向设置，各层压电材料三维连通设置，所述填充物一维连通装置；在所述压电复合材料的各工作面，分别设置工作面电极，在平行于所述压电复合材料工作面的截面中，所述压电材料以规则条形组合的形式连通设置，所述填充物隔离设置。

然而，现有的用于制备换能材料的方法往往步骤较为复杂，工艺条件控制较为繁琐，而且方法局限性较大，不能满足多样化工况需求，这会直接限制换能材料的推广使用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种步骤简单，操作方便，能够获得优异机电耦合性能的用于制备复合结构机电换能材料的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于制备复合结构机电换能材料的方法，该方法是将聚合物通过热塑工艺、浇注工艺或压印工艺制成波浪形聚合物膜，然后将导电电极覆盖在波浪形聚合物膜的一个表面上，并向波浪形聚合物膜未覆盖导电电极的自由面进行充电，再将波浪形聚合物膜充电后的自由面的突出部分与导电膜粘合在一起，即制成所述的复合结构机电换能材料。

其中，所述的热塑工艺、浇注工艺、压印工艺均为公知现有技术。

一种用于制备复合结构机电换能材料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)将聚合物通过热塑工艺、浇注工艺或压印工艺制成波浪形聚合物膜；

(2)将导电电极覆盖在步骤(1)制得的波浪形聚合物膜的一个表面上；

(3)向步骤(2)中波浪形聚合物膜未覆盖导电电极的自由面进行充电；

(4)将步骤(3)中波浪形聚合物膜充电后的自由面的突出部分与导电膜粘合在一起，即制得所述的复合结构机电换能材料。

一种用于制备复合结构机电换能材料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(A)将聚合物通过热塑工艺、浇注工艺或压印工艺制成波浪形聚合物膜；

(B)对步骤(A)制得的波浪形聚合物膜进行充电；

(C)待步骤(B)充电结束后，将导电电极覆盖在带有电荷的波浪形聚合物膜未充电的表面上；

(D)将步骤(C)中波浪形聚合物膜充电后的自由面的突出部分与导电膜粘合在一起，即制得所述的复合结构机电换能材料。

一种用于制备复合结构机电换能材料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(a)将聚合物通过热塑工艺、浇注工艺或压印工艺制成波浪形聚合物膜；

(b)将导电电极覆盖在步骤(a)制得的波浪形聚合物膜的一个表面上；

(c)将步骤(b)中波浪形聚合物膜未覆盖导电电极的自由面上的突出部分与导电膜粘合在一起，制得复合结构膜；

(d)向步骤(c)制得的复合结构膜的两个电极施加直流偏压进行充电，即制得所述的复合结构机电换能材料。

所述的聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、环烯烃聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)中的一种。

所述的导电电极材料包括铝、金、银、石墨或石墨烯中的一种。

所述的导电电极的覆盖方法包括真空蒸镀、丝网印刷、磁控溅射或导电胶带粘合中的一种。