改性无机/有机压电薄膜、其制备方法及其应用技术

本发明专利技术阐述了一种改性无机/有机压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：通过高温烧结得到压电陶瓷块，再进行破碎，研磨，烘干，得到压电陶瓷粉；对压电陶瓷粉进行表面改性后将改性粉体、聚合物粉，以酒精为溶剂进行混合得到复合浆料；改性的压电陶瓷粉占无机有机混合物的总重量百分比为1～50％；将混合后的浆料烘干，辊磨混料，造粒、烘干；经挤出流延即可得到改性无机/有机压电薄膜。本发明专利技术采用改性剂对压电陶瓷粉体进行表面改性，提高了压电陶瓷颗粒和压电聚合物的界面结合性，改善了复合薄膜的介电性能和力学性能，可以实现大批量生产，实现复合压电薄膜的产业化。

【技术实现步骤摘要】
改性无机/有机压电薄膜、其制备方法及其应用
本专利技术属于高分子材料、有机薄膜制备领域，具体涉及改性无机/有机压电薄膜、其制备方法及其应用。
技术介绍
有机/无机复合压电薄膜，具有优异的热电性、压电性、铁电性，应用越来越广泛，主要可用于传感器、能量收集、储能、微驱动、制冷等领域。有机/无机复合压电薄膜可克服单一材料的缺点，相对于单一压电陶瓷，具有柔性好、便于加工等优点，相对于单一聚合物压电材料，具有压电应变系数大、介电常数高、反应灵敏、耐温性好等优点。目前报道集中在通过浇注法制备有机/无机复合压电薄膜压电复合薄膜，其缺点主要在于薄膜厚度较薄，力学性能差，致密性差、难以制备大面积薄膜，同时难以实现产业化生产。
技术实现思路
压电陶瓷粉体和压电聚合物由于物理化学属性的不同，在两相结合的界面处，难以有效结合，造成薄膜性能的下降。本专利技术采用表面活性剂对陶瓷粉体进行表面改性，可增加无机颗粒在有机基体中的相容性和分散性，提高表面结合性，改善薄膜的性能。本专利技术采用的技术方案如下：一种改性无机/有机压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：S1、通过高温烧结得到压电陶瓷块，再进行破碎，研磨，烘干，得到压电陶瓷粉；其中，所述压电陶瓷块所采用的无机相材料为锆钛酸铅、钛酸钡、铌酸钾钠和铌酸锂中的一种或几种；S2、对所述压电陶瓷粉进行表面改性；S3、将改性后的所述压电陶瓷粉、聚合物粉和溶剂进行混合；其中，所述聚合物粉所采用的有机材料为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种；改性后所述压电陶瓷粉占无机有机混合物的总重量百分比为1～50％；S4、将混合后的浆料置烘干，辊磨混料，对混料进行造粒、烘干；S5、将烘干后的粒料经挤出流延即可得到所述改性无机/有机压电薄膜。一种改性无机/有机压电薄膜。一种改性无机/有机压电薄膜的制备方法在制备压电薄膜中的应用。一种压电薄膜传感器，包括所述的改性无机/有机压电薄膜。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术采用改性剂对压电陶瓷粉体进行表面改性，提高了压电陶瓷颗粒和压电聚合物的界面结合性，改善了复合薄膜的介电性能和力学性能。2、本专利技术在压电陶瓷粉体改性过程中采用了机械球磨法，为获得优异介电性能和力学性能的复合压电薄膜提供了帮助，工艺简单，便于工业化生产。3、本专利技术制备的性能优异的压电薄膜能够应用于制备压电薄膜床传感器。4、本工艺制备的复合压电薄膜致密性好、面积大，厚度可以控制在几十个微米到1毫米的范围，真正实现了连续化批量生产，具有很强的实用价值。附图说明图1为本专利技术实施例6-12提供的热力学TG图。图2为本专利技术实施例6-12提供的热力学DTG图。图3为本专利技术实施例1-5、18-19提供的热力学TG图。图4为本专利技术实施例1-5、18-19提供的热力学DTG图。图5为本专利技术实施例1、5和现有PVDF薄膜的介电常数图。图6为本专利技术实施例1、5和现有PVDF薄膜的介电损耗图。图7为本专利技术实施例1、24、25和对比例1的应力-应变图。图8为本专利技术对比例1制备的薄膜断面SEM图。图9为本专利技术实施例1制备的薄膜断面SEM图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。改性无机/有机压电薄膜的制备方法本专利技术提供一种改性无机/有机压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：S1、通过高温烧结得到压电陶瓷块，再进行破碎，研磨，烘干，得到压电陶瓷粉；其中，所述压电陶瓷块所采用的无机相材料为锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡(BTO)、铌酸钾钠(KNN)和铌酸锂(LN)中的一种或几种；S2、对所述压电陶瓷粉进行表面改性；S3、将改性后的所述压电陶瓷粉加入到球磨罐中，并加入聚合物粉，以酒精为溶剂进行混合；其中，所述聚合物粉所采用的有机材料为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)、聚偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯(PVDF-TrFE-CFE)中的一种；S4、将混合后的浆料置于烘箱中烘干，辊磨混料，对混料进行造粒、烘干；S5、将烘干后的粒料经挤出流延即可得到所述改性无机/有机压电薄膜。具体的实施方式，S1步骤可在陶瓷破碎机中进行破碎，破碎后颗粒中位粒径约5μm；继续采用行星磨研磨，介质为去离子水，研磨球为氧化锆球，研磨球、陶瓷料、水的重量比例为3:1:2，转速为200r/min-300r/min，球磨时间为4-6h，氧化锆球采用三种直径的球进行搭配，直径分别为10mm、5mm和1.5mm，质量比为1:1:1，研磨效果更好，经过破碎研磨后的颗粒中位数粒径为1μm，其含量能达到总颗粒的65％及以上。S2步骤的压电陶瓷粉的改性过程为：将压电陶瓷粉、表面改性剂、溶剂、氧化锆研磨球加入到球磨罐中，采用行星磨球磨，转速为200r/min-300r/min，时间为4-6h，之后对浆料进行抽滤，滤布采用1000目滤布，抽滤至没有明显液体为止，然后放入烘箱中在90℃下烘干。具体的实施方式中，S2步骤中，使用的表面改性剂为硅烷改性剂、钛酸酯改性剂或铝酸酯改性剂，所述表面改性剂加入量为所述压电陶瓷粉质量的0.5～4％，还可举例为0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％、2.5％、2.6％、2.7％、2.8％、2.9％、3.0％、3.1％、3.2％、3.3％、3.4％、3.5％、3.6％、3.7％、3.8％或3.9％。S2步骤具体的实施方式中，压电陶瓷粉、溶剂和氧化锆研磨球的加入质量比为1:3:3。S2步骤具体的实施方式中，采用钛酸酯或铝酸酯为表面改性剂时，所述溶剂为纯乙醇溶液；采用硅烷类改性剂时，所述溶剂为乙醇的水溶液，其中乙醇的质量百分比为70～90％，还可举例为72％、74％、76％、78％、80％、82％、84％、86％或88％。S3步骤具体的实施方式中，改性后的无机压电陶瓷粉占这个无机有机混合粉的质量百分比为1～50％，还可举例为5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％或45％。当改性后的无机压电陶瓷粉占比高于50％时，其致密性显著降低，难以成膜；具体的实施方式中，S4步骤于螺杆挤出造粒设备中进行，S5步骤于螺杆挤出流延拉伸设备中进行。本工艺制备的复合压电薄膜致密性好、面积大，厚度可以控制在几十个微米到1毫米的范围，真正实现了连续化批量生产，具有很强的实用价值。对于本专利技术提供的改性无机/有机压电薄膜的制备方法，具体的制备实施例和对比例列入表1中。表1考察了S1步骤中无机相材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性无机/有机压电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、通过高温烧结得到压电陶瓷块，再进行破碎，研磨，烘干，得到压电陶瓷粉；其中，所述压电陶瓷块所采用的无机相材料为锆钛酸铅、钛酸钡、铌酸钾钠和铌酸锂中的一种或几种；/nS2、对所述压电陶瓷粉进行表面改性；/nS3、将改性后的所述压电陶瓷粉、聚合物粉和溶剂进行混合；其中，所述聚合物粉所采用的有机材料为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种；改性后所述压电陶瓷粉占无机有机混合物的总重量百分比为1～50％；/nS4、将混合后的浆料置烘干，辊磨混料，对混料进行造粒、烘干；/nS5、将烘干后的粒料经挤出流延即可得到所述改性无机/有机压电薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性无机/有机压电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过高温烧结得到压电陶瓷块，再进行破碎，研磨，烘干，得到压电陶瓷粉；其中，所述压电陶瓷块所采用的无机相材料为锆钛酸铅、钛酸钡、铌酸钾钠和铌酸锂中的一种或几种；
S2、对所述压电陶瓷粉进行表面改性；
S3、将改性后的所述压电陶瓷粉、聚合物粉和溶剂进行混合；其中，所述聚合物粉所采用的有机材料为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种；改性后所述压电陶瓷粉占无机有机混合物的总重量百分比为1～50％；
S4、将混合后的浆料置烘干，辊磨混料，对混料进行造粒、烘干；
S5、将烘干后的粒料经挤出流延即可得到所述改性无机/有机压电薄膜。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1步骤中，采用行星磨研磨，介质为去离子水，研磨球为氧化锆球，研磨球、陶瓷粉和水的重量之比为3:1:2。


3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化锆球采用三种直径的球进行搭配，直径分别为10mm、5mm和1.5mm，质量比为1:1:1。


4.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱泉峣，张超，孙华君，魏伟，隋慧婷，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42