[发明专利]压电复合材料、压电复合薄膜及其制备方法和压电器件

说明书

本发明涉及一种压电复合材料、压电复合薄膜及其制备方法、应用和压电器件。该压电复合材料包括有机聚合物基体及分子铁电材料，分子铁电材料分布于有机聚合物基体中，分子铁电材料选自TMCM‑MnCl₃、TMCM‑CdCl₃及(TMFM)_x(TMCM)_1–xCdCl₃中的至少一种，其中0≤x≤1；在有机聚合物基体和分子铁电材料的总量中，分子铁电材料的质量含量为5％～70％。上述压电复合材料将特定种类的分子铁电材料与有机聚合物基体复合且控制分子铁电材料在特定含量，克服了分子铁电材料成膜不均匀的问题，且还赋予了压电复合材料较好的压电性能；同时有机聚合物基体具有的高柔性的特征赋予了压电复合材料极佳的可挠性，上述压电复合材料同时具有较高的压电性能和可挠性。

技术领域

本发明涉及压电材料技术领域，特别是涉及一种压电复合材料、压电复合薄膜及其制备方法和压电器件。

背景技术

随着目前VR、人工皮肤、可绕折传感器等触觉反馈器件的发展，对于压电材料的要求也日益提高。具体地，同时具有良好的压电性能和可挠性的压电材料成为行业的研究热点。

目前的压电材料主要有：无机压电陶瓷材料、压电聚合物、压电复合材料及钙钛矿结构的分子铁电材料。其中，无机压电陶瓷材料的D33(压电常数，是衡量压电性能的一个常数)较高，压电性能优越，然而其具有硬而脆、无可挠性、制膜困难等缺点，通常用于制备刚性压电器件。压电聚合物具有良好的延展性和可挠性，但其电压性能欠缺，D33很低，其D33仅为无机压电陶瓷材料的1/10，甚至更低。压电复合材料一般由无机压电陶瓷材料与压电聚合物或有机聚合物基体进行复合，其设想是期望复合后的材料同时具有无机压电材料的高压电性能及压电聚合物或有机聚合物基体的可挠性，但根据研究表明，实际生产中该复合材料在极化后的压电性能很低，甚至低于压电聚合物。钙钛矿结构的分子铁电材料是一种具有钙钛矿结构的有机盐类，其性质脆，可挠性能差，极大地限制了其应用。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够在具有较高的压电性能的基础上提高可挠性的压电复合材料、压电复合薄膜及其制备方法、应用和压电器件。

本发明的一个方面，提供了一种压电复合材料，包括有机聚合物基体及分子铁电材料，所述分子铁电材料分布于所述有机聚合物基体中，所述分子铁电材料选自TMCM-MnCl₃、TMCM-CdCl₃及(TMFM)_x(TMCM)_1–xCdCl₃中的至少一种，其中0≤x≤1；在所述有机聚合物基体和所述分子铁电材料的总量中，所述分子铁电材料的质量含量为5％～70％。

上述压电复合材料将特定种类的分子铁电材料与有机聚合物基体复合且控制分子铁电材料的特定含量，分子铁电材料镶嵌于柔性的有机聚合物基体中，结晶析出时分子铁电材料可以依附在有机聚合物基体的骨架纤维上成核，由于膜层中有机聚合物基体的骨架纤维分布均匀，因此分子铁电材料结晶析出时分布均匀，进而克服了分子铁电材料成膜不均匀的问题，且还赋予了压电复合材料较好的压电性能；同时有机聚合物基体具有的高柔性的特征赋予了压电复合材料极佳的可挠性，克服了单纯分子铁电材料质脆易碎的缺点。故而上述压电复合材料同时具有较高的压电性能和可挠性。

在其中一些实施例中，所述有机聚合物基体和所述分子铁电材料的总量中，所述分子铁电材料的质量含量为20％～50％。在该范围内，上述压电复合材料具有更优的压电性能和可挠性。

在其中一些实施例中，所述有机聚合物基体和所述分子铁电材料的总量中，所述分子铁电材料的质量含量为30％～50％。在该范围内，上述压电复合材料具有更优的压电性能和可挠性。

在其中一些实施例中，所述有机聚合物基体选自聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯及聚二甲基硅氧烷中的至少一种。可理解，有机聚合物基体的材料选择不限于此。