一种复合压电驻极体材料的制备方法技术

一种复合压电驻极体材料的制备方法，涉及一种制备方法。本发明专利技术解决了现有压电驻极体相对于压电陶瓷等压电材料压电系数低、力学性能差而使其在柔性传感器的应用领域受到限制的问题。本发明专利技术的步骤一：制备聚丙烯压电薄膜；先将聚丙烯熔融，然后与石墨烯粉末混合均匀，得到混合均匀的熔体；所述聚丙烯与石墨烯的质量比为1:0～0.025；将所述混合均匀的熔体注射到模具中，混合均匀的熔体注射完毕后，将模具在一定温度下保存一段时间，接着卸压冷却定型，得到具有孔洞结构的可用于压电材料的聚丙烯压电薄膜；步骤二：对聚丙烯压电薄膜进行一次膨化处理；步骤三：对聚丙烯压电薄膜进行二次膨化处理。本发明专利技术用于压电驻极体材料的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种复合压电驻极体材料的制备方法
本专利技术涉及一种制备方法，具体涉及一种复合压电驻极体材料的制备方法，属于材料制备

技术介绍
压电驻极体是在近几年来才兴起的一个驻极体研究分支领域。压电驻极体材料是近年来崛起的新一代具有压电属性的非极性功能材料。压电驻极体是一种多孔驻极体材料，其内部存在扁平状的气泡孔洞结构，其长度为数十至上百微米，厚度约为十微米。气泡中的气体通常为空气，也可是六氟化硫(SF6)等拥有高电介质常数的气体。压电驻极体材料内部或表面储存有永久的电荷，则需要进行极化。对压电驻极体进行电晕极化处理时，气泡中的气体被电离击穿，所产生的正负离子电荷在极化电场的作用下进行迁移，被捕获并长期储存在气泡的气体/驻极体界面的介质处，使得气泡两侧带有等量异号的空间电荷，形成了宏观尺度(微米量级)的电偶极子。同时，电偶极子还能通过静电感应效应，在上下电极上形成感应电荷。压电驻极体综合了传统压电陶瓷和压电聚合物的突出特性，相较于压电陶瓷、压电单晶具有明显的结构优势，而压电系数远大于聚偏氟乙烯及其聚合物等有机压电材料，一般能达到500pC/N以上。面对越来越多的特殊信号和特殊环境以及越来越高的应用需求，柔性电子技术应运而生。柔性传感器是指采用柔性材料制成的传感器，要求柔性材料要具有良好的柔韧性和延展性、低模量、易变形等属性。现有压电驻极体相对于压电陶瓷等压电材料压电系数低、力学性能差而使其在柔性传感器的应用领域受到限制的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有压电驻极体相对于压电陶瓷等压电材料压电系数低、力学性能差而使其在柔性传感器的应用领域受到限制的问题。进而提供了一种复合压电驻极体材料的制备方法。本专利技术的技术方案是一种复合压电驻极体材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：制备聚丙烯压电薄膜；步骤一一：先将聚丙烯熔融，然后将熔融后的聚丙烯与石墨烯粉末按照质量比为1:0～0.025进行均匀混合并得到熔体；步骤一二：将步骤一一种均匀混合后的熔体注射到模具中；步骤一三：待均匀混合的熔体注射完毕后，将模具置于充满CO2气体的高压容器中，将模具在一定温度下保存一段时间后再升温发泡；步骤一四：对模具进行卸压冷却定型，得到具有孔洞结构的可用于压电材料的聚丙烯压电薄膜；步骤二：对聚丙烯压电薄膜进行一次膨化处理；将步骤一中制备的聚丙烯压电薄膜裁剪成方形，并将其放置于具备加热功能的封闭腔室中；随后，向封闭腔室中注入高压氮气直到腔内气压维持恒定，同时使封闭腔内保持在一定的温度下，以使得氮气充分进入到聚丙烯压电薄膜中；最后，快速将封闭腔室内的气压降至常压，并将样品取出；步骤三：对聚丙烯压电薄膜进行二次膨化处理；将步骤二经过膨化处理过的聚丙烯压电薄膜进行电极化处理，电极化处理采用电晕充电工艺或接触法充电工艺，极化完成后，利用电子束蒸发台在多孔复合压电薄膜的两个表面镀上铝电极，至此，完成了复合压电驻极体材料的制备。进一步地，步骤一中所述的模具内腔中的压力为6～30Mpa。进一步地，步骤一中是将模具在升温至140～175℃的温度条件下保持60～300min。进一步地，步骤二中向封闭腔室中注入高压氮气的气压为2Mpa，同时使温度达到并保持在120℃，满足整个环境条件之后稳定时间为3小时。进一步地，步骤三中的电极化处理时：电晕极化中针-板间距5cm，针电压10kV，恒压充电时长1分钟。进一步地，步骤三中二次膨化处理时在压力容器中压缩气体为2MPa的室温条件下储存2h。进一步地，步骤三中的二次膨化处理过程中在压力容器中使聚丙烯薄膜上的孔洞内部气压与容器内气压充分平衡后，在25—120℃的恒温箱中加热2h，再迅速减压至大气压。本专利技术与现有技术相比具有以下改进效果：1、本专利技术在压电驻极材料中，增加了石墨烯材料，石墨烯(Graphene，又称单层石墨或二维石墨)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。其内部组成结构中每个碳原子通过作用力强烈的σ键与另外三个碳原子相连接，C-C键之间极强的相互作用力使得石墨烯片层具有优异的结构刚性。此外，根据大量研究结果表明，单层石墨烯的厚度约为0.335nm，C-C键长度为0.142nm，这些独特优异的稳定结构使石墨烯具有异常坚硬、导热性能优良、零带隙、电子/空穴迁移率高等特性。目前研究结果表明石墨烯在光学、热学、力学以及电学等领域都具有优异的性能。石墨烯的填充可以使聚合物多功能化，不仅具有高强韧的力学性能以及优异的导电导热性能，且可以优化聚合物的加工性能，拓展复合材料的应用领域。本专利技术通过将石墨烯作为填充物材料加入到压电驻极体材料聚丙烯中，得到复合型压电薄膜。之后经过膨化处理以及电晕极化等工艺优化压电薄膜的性能，为柔性传感器及可穿戴设备的核心敏感元件提供技术储备。2、本专利技术所用工艺简单可操作性强。3、本专利技术制备所得的复合压电薄膜可作为柔性敏感膜，应用于柔性传感器当中，为人工智能、可穿戴设备以及人机交互等热门领域提供技术支持。附图说明图1是柔性复合压电驻极体薄膜的制备过程示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，一种复合压电驻极体材料的制备方法，它包括以下步骤：步骤一：制备聚丙烯压电薄膜；步骤一一：先将聚丙烯熔融，然后将熔融后的聚丙烯与石墨烯粉末按照质量比为1:0～0.025进行均匀混合并得到熔体；步骤一二：将步骤一一种均匀混合后的熔体注射到模具中；步骤一三：待均匀混合的熔体注射完毕后，将模具置于充满CO2气体的高压容器中，将模具在一定温度下保存一段时间后再升温发泡；步骤一四：对模具进行卸压冷却定型，得到具有孔洞结构的可用于压电材料的聚丙烯压电薄膜；步骤二：对聚丙烯压电薄膜进行一次膨化处理；首先，将步骤一中制备的聚丙烯压电薄膜裁剪成方形，并将其放置于具备加热功能的封闭腔室中；随后，向封闭腔室中注入高压氮气直到腔内气压维持恒定，同时使封闭腔内保持在一定的温度下，以使得氮气充分进入到聚丙烯压电薄膜中；最后，快速将封闭腔室内的气压降至常压，并将样品取出；步骤三：对聚丙烯压电薄膜进行二次膨化处理；将步骤二经过膨化处理过的聚丙烯压电薄膜进行电极化处理，电极化处理采用电晕充电工艺或接触法充电工艺，极化完成后，利用电子束蒸发台在多孔复合压电薄膜的两个表面镀上铝电极，至此，完成了复合压电驻极体材料的制备。目前研究测试结果显示石墨烯拉伸强度高达130Gpa，破坏强度为42N/m，杨氏模量为1.0TPa，断裂强度为125Gpa与碳纳米管相当。石墨烯的厚度仅为0.335nm左右，是世界上最薄的二维材料。同时石墨烯内部碳原子连接十分柔韧，当外力施加在石墨烯上时，碳原子面会弯曲变形而不会重新排列以适应外力，保持结构稳定，因此石墨烯能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合压电驻极体材料的制备方法，它包括以下步骤：/n步骤一：制备聚丙烯压电薄膜；/n步骤一一：先将聚丙烯熔融，然后将熔融后的聚丙烯与石墨烯粉末按照质量比为1:0～0.025进行均匀混合并得到熔体；/n步骤一二：将步骤一一中均匀混合后的熔体注射到模具中；/n步骤一三：待均匀混合的熔体注射完毕后，将模具置于充满CO

【技术特征摘要】
1.一种复合压电驻极体材料的制备方法，它包括以下步骤：
步骤一：制备聚丙烯压电薄膜；
步骤一一：先将聚丙烯熔融，然后将熔融后的聚丙烯与石墨烯粉末按照质量比为1:0～0.025进行均匀混合并得到熔体；
步骤一二：将步骤一一中均匀混合后的熔体注射到模具中；
步骤一三：待均匀混合的熔体注射完毕后，将模具置于充满CO2气体的高压容器中，将模具在一定温度下保存一段时间后再升温发泡；
步骤一四：对模具进行卸压冷却定型，得到具有孔洞结构的可用于压电材料的聚丙烯压电薄膜；
步骤二：对聚丙烯压电薄膜进行一次膨化处理；
首先，将步骤一中制备的聚丙烯压电薄膜裁剪成方形，并将其放置于具备加热功能的封闭腔室中；
随后，向封闭腔室中注入高压氮气直到腔内气压维持恒定，同时使封闭腔内保持在一定的温度下，以使得氮气充分进入到聚丙烯压电薄膜中；
最后，快速将封闭腔室内的气压降至常压，并将样品取出；
步骤三：对聚丙烯压电薄膜进行二次膨化处理；
将步骤二经过膨化处理过的聚丙烯压电薄膜进行电极化处理，电极化处理采用电晕充电工艺或接触法充电工艺，极化完成后，利用电子束蒸发台在多孔复合压电薄膜的两个表面镀上铝电极，至此，完成了复合压电驻极体材料的制备。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志远，王勃然，胡宇涵，咸婉婷，王洋洋，陈宝成，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，中国电子科技集团公司第四十九研究所，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23