[发明专利]一种基于MXene与微型注塑的高性能PVDF基柔性压电器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于MXene与微型注塑的高性能PVDF基柔性压电器件及其制备方法，属于功能材料技术领域，其步骤包括：（1）将原料MXene和PVDF经溶液法充分混合并干燥，其中，所述MXene的浓度为0.5wt%‑5wt%；（2）将步骤（1）所得的颗粒进行粉碎，得到粒料；（3）采用微型注塑成型方法，将步骤（2）所得的粒料以50‑400mm/s的注射速度制得产品；本发明所使用的技术中不需要采用高压极化方式，MXene填料也无需表面进行任何接枝改性或修饰官能团，就能达到压电性能巨幅提升的效果，既减少了加工过程中存在的危险性，又降低了成本并有利于能源节约。

技术领域

本发明涉及功能材料及器件技术领域，尤其涉及一种MXene增强的PVDF基柔性压电器件及其制备方法。

背景技术

柔性压电发电材料及器件能够收集机械能并将其转化为电能，从而减少了对传统能源的依赖，已引起了广泛的兴趣。这些材料和器件能够实现创新应用，包括智能服装、可穿戴电子产品、皮肤上和植入式传感器，以及从车辆、水和风的运动中获取能量。

相比传统压电材料天然晶体和人造陶瓷，以合成聚合物为基体制备的柔性压电材料及器件具有更好的前景。压电聚合物及其复合材料相对于普通无机材料，具有更好的机械灵活性、低的成本和生产简单等性质，以及用于植入式或可穿戴传感器等用途所需的生物相容性。通过制定特别的工艺参数，压电聚合物还表现出高的光学透明性和低雾度，从而在电容式触摸传感器中作为LED显示器的顶层具有潜在应用。

聚偏氟乙烯(PVDF)及其相关的含氟聚合物是最常见的柔性压电材料，因其机电转换效率高、机械柔韧性好、可加工性和生物相容性好而被广泛应用。显然，提高聚偏氟乙烯的压电性能对提升其使用效果，扩展其应用范围至关重要。通过添加功能复合体，制备PVDF基复合材料，是实现PVDF高压电性能的重要途径。

目前，PVDF基高压电性能柔性器件的制备方法主要有两类：

（1）传统的溶剂浇铸、熔融挤出和熔融拉伸等技术；

（2）3D打印和静电纺丝等新方法。

增强PVDF压电性能的报道已有一些，比如公开号为CN110828654 A、发明名称为“一种复合压电薄膜及其制备方法”的中国专利申请，公开了一种复合压电材料，其采用纯天然植物纳米纤维素纤维、Mxene和聚偏氟乙烯为原材料，通过机械混合、干燥成膜和高压极化等工艺制备得到复合压电材料，该方法虽然提高了压电性能（其最优实施例的压电性能比其对比例提升约2.5倍），但是其需要高压极化的方式才能实现，而高压极化在操作过程中存在危险性，而且对于能源的消耗也较大，不利于能源节约，并且其制得的产品为薄膜制品无确定尺寸和形状，厚度均一性与表面质量控制也较为困难，限制了使用场合。

又比如公开号为CN111270414 A、专利名称为“一种柔性压电纤维膜及其制备方法和应用”的中国专利申请，公开了一种采用静电纺丝技术+Ti₃C₂纳米片填料的方法来制备柔性压电纤维膜，该方法采用静电纺丝的方法，虽然克服了需要高压极化带来的问题（其最优实施例的压电性能对比其对比例提高约3.7倍），但是，要求所添加的Ti₃C₂纳米片表面有丰富的表面官能团如-OH，-F等来与PVDF之间形成强烈的氢键作用，以方便实现对PVDF分子链的取向排列，最终形成高含量的β相，即其对原料的要求较高，导致原料制作工艺复杂、成本提高，不利于产业化应用。

发明内容

本发明的目的之一，就在于提供一种基于MXene与微型注塑的高性能PVDF基柔性压电器件的制备方法，在解决上述问题的同时，进一步显著提高PVDF柔性压电器件的压电性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种MXene增强的PVDF基柔性压电器件的制备方法，包括以下步骤：