一种压电薄膜及其制备方法技术

本申请公开了一种压电薄膜及其制备方法，该方法包括制备溶解有压电材料粉体的溶液；将溶液流延至基板的表面，以在表面上形成液膜；将带有液膜的基板置于高压电场环境中进行极化，待液膜中的溶剂蒸发完毕，得到压电薄膜。本申请的方法利用溶解有压电材料的溶液在基板的表面形成液膜，然后将带有液膜的基板置于高压环境中，蒸发结晶的同时对液膜进行高压极化，可以使液膜中的压电材料分子结晶度、晶相转变有较大的提升，从而增加压电薄膜压电系数；高压极化是在制备压电薄膜的过程中，有效降低压电薄膜被高压击穿的风险；并且，采用流延的方式形成液膜，避免薄膜在拉伸过程中内部产生缺陷，提升压电薄膜品质，同时降低对设备的要求，简化制作工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种压电薄膜及其制备方法
本申请涉及柔性传感
，特别是涉及一种压电薄膜及其制备方法。
技术介绍
聚偏氟乙烯(poly(vinylidenefluoride)，简称PVDF)常态下为半结晶高聚物，具有材质柔性高、低密度、低阻抗的特点，迄今报道有α、β、γ、δ及ε等5种晶型，它们在不同的条件下形成，在一定条件(热、电场、机械及辐射能的作用)下又可以相互转化。其中，β晶型最为重要，β晶型由于晶胞中含有极性较强的反式分子链，所以容易被极化，产生压电效应，应用于压电及热释电方面。以PVDF压电薄膜为例，目前制备柔性压电薄膜的工艺流程大致为：首先采用热压/流延/挤出等方法对PVDF粉末进行结晶成型处理形成PVDF薄膜，此时的PVDF薄膜中α相含量较多，然后对PVDF薄膜进行单轴常温拉伸、挤出等，以使PVDF薄膜中部分晶体转换为β相，得到PVDF压电薄膜，得到PVDF压电薄膜后再进行高压极化处理，以提升β相的含量。存在以下三个问题，第一，由于PVDF压电薄膜已经制成，再进行极化时β相的含量以及分子结晶度的提升有限，使得压电薄膜压电系数较小，第二，极化时PVDF压电薄膜存在被高压电场击穿的风险，第三，采用拉伸的方式时，PVDF薄膜中容易产生结构缺陷且对设备要求较高，拉升比率需要得到严格的控制，制得的PVDF薄膜较薄，且分子取向通常较为杂乱。因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种压电薄膜及其制备方法，以提高压电薄膜压电系数，降低压电薄膜被击穿的风险，同时降低对设备的要求，简化制作工艺。为解决上述技术问题，本申请提供一种压电薄膜制备方法，包括：制备溶解有压电材料粉体的溶液；将所述溶液流延至基板的表面，以在所述表面上形成液膜；将带有所述液膜的所述基板置于高压电场环境中进行极化，待所述液膜中的溶剂蒸发完毕，得到压电薄膜。可选的，在所述将所述溶液流延至基板的表面之前，还包括：去除所述溶液中的气泡。可选的，所述去除所述溶液中的气泡包括：对所述溶液进行超声处理，去除所述溶液中的气泡；将超声处理后的所述溶液置于真空环境中，再次去除所述溶液中的气泡。可选的，所述制备溶解有压电材料粉体的溶液包括：将所述压电材料粉体溶解于溶剂中，得到预制溶液；搅拌所述预制溶液并向所述预制溶液中加入所述压电材料粉体，得到所述溶液。可选的，压电材料粉体为下述任一种：聚偏氟乙烯、三氟乙烯、掺杂有介电材料的聚偏氟乙烯、掺杂有介电材料的三氟乙烯。可选的，所述介电材料为下述任一种：钛酸钡、二氧化硅、锆钛酸铅。可选的，所述基板为下述任一种：有机玻璃、普通玻璃、蓝宝石。可选的，所述溶剂为下述任一种或者任意组合：N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜。可选的，所述基板的所述表面的粗糙度小于1.0微米。本申请还提供一种压电薄膜，所述压电薄膜由上述人任一种所述的压电薄膜制备方法制得。本申请所提供的一种压电薄膜制备方法，包括：制备溶解有压电材料粉体的溶液；将所述溶液流延至基板的表面，以在所述表面上形成液膜；将带有所述液膜的所述基板置于高压电场环境中进行极化，待所述液膜中的溶剂蒸发完毕，得到压电薄膜。可见，本申请的压电薄膜制备方法利用溶解有压电材料的溶液在基板的表面形成液膜，然后将带有液膜的基板置于高压环境中，蒸发结晶的同时对液膜进行高压极化，可以使液膜中的压电材料分子结晶度、晶相转变有较大的提升，从而增加压电薄膜压电系数；本申请中的高压极化是在制备压电薄膜的过程中，有效降低压电薄膜被高压击穿的风险；并且，本申请中采用流延的方式形成液膜，避免薄膜在拉伸过程中内部产生缺陷，提升压电薄膜品质，同时降低对设备的要求，简化制作工艺。此外，本申请还提供一种具有上述优点的压电薄膜。附图说明为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例所提供的一种压电薄膜制备方法流程图；图2为本申请实施例所提供的另一种压电薄膜制备方法流程图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。正如
技术介绍
部分所述，目前在制备PVDF柔性压电薄膜时，是在得到PVDF薄膜后进行单轴常温拉伸、挤出等以使PVDF薄膜中部分晶体转换为β相，从而得到PVDF压电薄膜，然后再对PVDF压电薄膜进行高压极化处理，导致制得的压电薄膜压电系数较小，并且PVDF压电薄膜在极化时存在被高压电场击穿的风险，另外，拉伸时，PVDF薄膜中容易产生结构缺陷且对设备要求较高。有鉴于此，本申请提供了一种压电薄膜制备方法，请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种压电薄膜制备方法流程图，该方法包括：步骤S101：制备溶解有压电材料粉体的溶液。需要指出的是，本申请中对溶液是否为饱和状态不作具体限定，视情况而定。作为一种具体实施方式，所述制备溶解有压电材料粉体的溶液包括：步骤S1011：将所述压电材料粉体溶解于溶剂中，得到预制溶液。需要说明的是，压电材料粉体包括但不限于下述任一种：聚偏氟乙烯、三氟乙烯(Trifluoroethene，简称TRFE)、掺杂有介电材料的聚偏氟乙烯、掺杂有介电材料的三氟乙烯。其中，所述介电材料包括但不限于钛酸钡、二氧化硅、锆钛酸铅中的任一种。还需要说明的是，所述溶剂包括但不限于下述任一种或者任意组合：N-甲基吡咯烷酮(N-MethylPyrrolidone，简称NMP)、二甲基甲酰胺(N,N-Dimethylformamide，简称DMF)、二甲基乙酰胺(Dimethylacetamide，简称DMAC)、二甲基亚砜(Dimethylsulfoxide，简称DMSO)。步骤S1012：搅拌所述预制溶液并向所述预制溶液中加入所述压电材料粉体，得到所述溶液。由于溶剂的黏度较高，搅拌时间优选在4h至12h，以保证压电材料粉体完全溶解在溶剂中。作为另一种具体实施方式，直接将压电材料粉体溶解于溶剂中进行搅拌得到所需的溶液。优选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电薄膜制备方法，其特征在于，包括：/n制备溶解有压电材料粉体的溶液；/n将所述溶液流延至基板的表面，以在所述表面上形成液膜；/n将带有所述液膜的所述基板置于高压电场环境中进行极化，待所述液膜中的溶剂蒸发完毕，得到压电薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种压电薄膜制备方法，其特征在于，包括：
制备溶解有压电材料粉体的溶液；
将所述溶液流延至基板的表面，以在所述表面上形成液膜；
将带有所述液膜的所述基板置于高压电场环境中进行极化，待所述液膜中的溶剂蒸发完毕，得到压电薄膜。


2.如权利要求1所述的压电薄膜制备方法，其特征在于，在所述将所述溶液流延至基板的表面之前，还包括：
去除所述溶液中的气泡。


3.如权利要求2所述的压电薄膜制备方法，其特征在于，所述去除所述溶液中的气泡包括：
对所述溶液进行超声处理，去除所述溶液中的气泡；
将超声处理后的所述溶液置于真空环境中，再次去除所述溶液中的气泡。


4.如权利要求1所述的压电薄膜制备方法，其特征在于，所述制备溶解有压电材料粉体的溶液包括：
将所述压电材料粉体溶解于溶剂中，得到预制溶液；
搅拌所述预制溶液并向所述预制溶液中加入所述压电材料粉体，得到所述溶液。

【专利技术属性】
技术研发人员：王英辉，王盛凯，
申请(专利权)人：昆山微电子技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32