[发明专利]一种ZnS/PVDF‑HFP压电复合材料薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于柔性器件应用技术领域，具体涉及一种ZnS/PVDF-HFP压电复合材料薄膜及其制备方法。

背景技术

随着电子器件的迅猛发展，柔性发光件材料在诸多领域有着重要的应用。柔性发光器件包括柔性力致发光器件与柔性电致发光器件，其中驱动型柔性力致发光器件在电子皮肤、传感器、智能器件以及人机交互领域有着重要的应用。

聚偏二氟乙烯(PVDF)相对于压电陶瓷而言，虽然压电常数相对较低，但是有柔软性优良，无毒，可回收，耐酸腐蚀等优点，因而受到广泛关注，是潜在的可大规模应用的压电高分子材料。

PVDF是一种半晶体高分子材料，其晶体结构至少存在4种形态，即α，β，γ，δ。其中，α结构(单斜晶系)是最常见的结晶形态，β结构是最重要的结晶形态，因为材料中β相的含量和偶极子的方向决定了材料的压电性能。为了获得含β相较高的高分子材料，添加纳米颗粒和对合成的薄膜进行拉伸和极化处理都是较常用的手段。

现有的制作聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜步骤如下：

1、将纳米颗粒与溶剂混合搅拌制成悬浊液，再加入PVDF经搅拌制得PVDF溶液，使混合物充分混合；

2、将PVDF溶液的溶剂挥发进行结晶，获得PVDF薄膜，该PVDF薄膜主要为α相结构；

3、对α相的PVDF薄膜进行拉伸，得到含有较高含量β相的PVDF薄膜；

4、β相PVDF薄膜进行电场极化，获得成品。该步骤使所有的偶极子朝一个方向，获得具有压电性能的PVDF薄膜。

由于聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)的结晶度比较低，压电性能比PVDF要低，人们习惯于使用PVDF制作压电薄膜，阻碍了PVDF-HFP材料在压电技术领域的研究应用。

目前柔性力致发光器件主要基于ZnS颗粒作为荧光粉，而目前这些基于ZnS和高分子复合薄膜制备过程都依赖于复杂的制备工艺和较高的制备成本；同时，这些发光器件在应力可视化分布和应力传感方面的应用都需要依赖于特定的电子设备及相应的数据处理软件；此外，对于目前基于ZnS的力致发光器件(例如PDMS-ZnS复合阵列)的使用条件则需要达到飓风级别的振动才可以实现。制备工艺的复杂，具体操作的苛刻，实际应用的不便等方面极大限制了产品在实际中推广与应用。

发明内容

为了克服现有的压电复合材料薄膜制备工艺复杂，实际操作条件不便等不足,本发明提供一种ZnS/PVDF-HFP压电复合材料薄膜及其制备方法，该方法极其简单，且设计的所需图案信息易于控制，操作条件简单，在水浴超声甚至在低频的其他外界机械力的条件下，力致发光复合薄膜能够稳定发光，在柔性显示，复杂的图案发光显示，或信息加密技术等方面有极高的潜在使用价值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种ZnS/PVDF-HFP压电复合材料薄膜，所述的薄膜包括：电致荧光粉ZnS、压电高分子材料PVDF-HFP和氮氮二甲基甲酰胺DMF，DMF作为PVDF-HFP高分子有机溶剂(即物理溶解)，再加入ZnS同时后(物理分散的载体)，作为制备多孔薄膜原液的载体。

优选的，所述的薄膜在柔性显示技术、复杂图案发光显示技术和信息加密技术上应用。

一种ZnS/PVDF-HFP压电复合材料薄膜的制备方法，所述的方法包括以下步骤：

1)将压电高分子材料PVDF-HFP溶于氮氮二甲基甲酰胺DMF中，搅拌混合均匀，得到A溶液；固态的压电高分子材料PVDF-HFP被氮氮二甲基甲酰胺DMF溶解，分子链被打开，从而为多孔薄膜的前期缓慢涂的制备方式提供条件；

2)将金属掺杂的ZnS分散于A溶液中，搅拌混合均匀，得到B溶液；ZnS仅物理分散在A液中，形成混合均匀的B液，为薄膜能够稳定发光提供条件；

3)用滴管吸取B溶液，然后缓慢涂在玻璃板上，快速浸入水中，取出干燥塑封，即可制备得到ZnS/PVDF-HFP压电复合材料薄膜；缓慢涂在玻璃板后，快速浸入水中，B液中的有机溶剂DMF(基于的水溶性)被水带走，为多孔薄膜的多孔制备提供条件。