[发明专利]无铅压电复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种生产无铅压电复合材料的方法，所述方法包括：

(a)将平均粒度为200nm至1000nm的无铅压电颗粒加入包含聚合物材料和溶剂的溶液中以形成分散体或悬浮液，所述溶剂在0.1MPa下的沸点≥80℃且在水中的溶解度≥0.1g/g；

(b)形成其中分散有无铅压电颗粒的聚合物基质；和

(c)对其中分散有无铅压电颗粒的聚合物基质进行电极化处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述无铅压电颗粒包括钛酸钡颗粒、羟基磷灰石颗粒、磷灰石颗粒、一水合硫酸锂颗粒、铌酸钠钾颗粒、石英颗粒及其组合。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述无铅压电颗粒是钛酸钡颗粒。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述溶剂是甲基乙基酮(MEK)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)或其组合，优选DMSO。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述复合材料中压电颗粒的体积百分比为15至65vol.％，优选20至60vol.％。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述压电颗粒的粒度为250至350nm，优选300nm。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中步骤(a)包括在15至100℃的温度下将聚合物材料溶解在溶剂中以产生包含5至20wt./vol％的聚合物，优选10wt./vol％至12wt./vol％的聚合物的溶液。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中形成聚合物基质包括：

(i)将分散体浇铸在基底上以形成聚合物基质；

(ii)在25至45℃下干燥聚合物基质，和

(iii)在80至150℃的温度下退火干燥的聚合物基质1至50小时，优选在110℃下5至25小时。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中诱发电极化包括使用电晕放电施加极化场。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述聚合物材料包括热固性聚合物、热塑性聚合物或它们的共混物，优选热塑性聚合物。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述热塑性聚合物包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、PVDF基聚合物、PVDF共聚物、PVDF三元共聚物或它们的共混物。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述PVDF三元共聚物是聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯)(PVDF-TRFE-CFE)。

13.一种无铅压电聚合物前体复合材料，其包括聚偏二氟乙烯(PVDF)基聚合物基质、分散在聚合物基质中的平均粒度为200至1000nm的无铅压电颗粒、以及在0.1MPa下沸点≥80℃且在水中的溶解度≥0.1g/g的溶剂。

14.根据权利要求13所述的无铅压电聚合物前体复合材料，其中所述PVDF三元共聚物是聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯)(PVDF-TRFE-CFE)，并且所述无铅压电颗粒是平均粒度为250至350nm的钛酸钡颗粒。

15.根据权利要求13至14中任一项所述的无铅压电聚合物前体复合材料，其中所述溶剂的介电常数≥20。

16.根据权利要求15所述的无铅压电聚合物前体复合材料，其中膜或片的尺寸为50至200微米。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的无铅压电聚合物前体复合材料，其中所述压电聚合物复合材料在不存在相容性改进剂的情况下形成。