一种3D打印压电钛酸钡复合材料的制备方法及压电器件技术

本发明专利技术属于压电复合材料制备与加工技术领域，涉及一种3D打印压电钛酸钡复合材料的制备方法及压电器件。其制备方法包括如下步骤：采用3D打印将压电复合材料打印液制成压电复合材料层，压电复合材料由压电材料和聚合物组成，压电材料为压电钛酸钡；采用3D打印在压电复合材料层的表面制备打印电极，然后加热进行高压极化。本发明专利技术采用3D打印技术打印压电复合材料，并在打印过程中使颗粒完成取向，提高压电性能。材料打印完成后，直接打印电极层及保护层，确保材料的稳定性。确保材料的稳定性。确保材料的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印压电钛酸钡复合材料的制备方法及压电器件


[0001]本专利技术属于压电复合材料制备与加工
，涉及一种3D打印压电钛酸钡复合材料的制备方法及压电器件。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]压电复合材料兼具柔性与优良的压电性能，据专利技术人研究了解，现有压电复合材料的制备存在退极化现象、可塑性弱、成品率低及稳定性差等缺点。因此，寻找合适快速的压电复合材料的制备方法对压电材料的应用具有重要意义。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种3D打印压电钛酸钡复合材料的制备方法及压电器件，采用3D打印技术打印压电复合材料，并在打印过程中使颗粒完成取向，提高压电性能。材料打印完成后，直接打印电极层及保护层，确保材料的稳定性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一方面，一种3D打印压电钛酸钡复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]采用3D打印将压电复合材料打印液制成压电复合材料层，压电复合材料由压电材料和聚合物组成，压电材料为压电钛酸钡；
[0008]采用3D打印分别在压电复合材料层的正反两面制备打印电极，然后加热进行高压极化。
[0009]优选地，包括如下具体步骤：
[0010]将压电钛酸钡颗粒分散于液态聚合物制成压电复合材料打印液；
[0011]采用3D打印将压电复合材料打印液连续逐层沉积获得压电复合材料层；
[0012]采用3D打印将导电浆液在压电复合材料层正反两侧的表面沉积获得打印电极；
[0013]打印完成后进行高压极化。
[0014]优选地，所述液态聚合物为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
[0015]另一方面，一种压电钛酸钡复合材料，由上述制备方法获得。
[0016]第三方面，一种压电器件，由上述压电钛酸钡复合材料制成。
[0017]本专利技术的有益效果为：
[0018]1.本专利技术采用3D打印压电钛酸钡复合材料的过程中会完成颗粒取向，提高极化率，从而显著提高压电钛酸钡复合材料的电压输出性能。
[0019]2.本专利技术采用3D打印直接在压电复合材料层的表面制备打印电极，增加了打印电极与压电复合材料的贴合性，从而提高了电压输出的稳定性。
[0020]总之，本专利技术提供的方法制备的压电钛酸钡复合材料的压电性能更优，稳定性更
强，可广泛应用于压电器件的加工。
附图说明
[0021]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0022]图1为本专利技术实施例中打印压电钛酸钡复合材料的结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例1制备的打印压电钛酸钡复合材料光学显微图；
[0024]图3为本专利技术实施例1制备的打印压电钛酸钡复合材料电压输出曲线；
[0025]图4为本专利技术对比例制备的打印压电钛酸钡复合材料电压输出曲线。
具体实施方式
[0026]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0027]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0028]鉴于现有压电复合材料的制备方法存在退极化现象导致的压电性能弱以及可塑性弱、成品率低及稳定性差等缺点，本专利技术提出了一种3D打印压电钛酸钡复合材料的制备方法及压电器件。
[0029]本专利技术的一种典型实施方式，提供了一种3D打印压电钛酸钡复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0030]采用3D打印将压电复合材料打印液制成压电复合材料层，压电复合材料由压电材料和聚合物组成，压电材料为压电钛酸钡；
[0031]采用3D打印在压电复合材料层的正反两面制备打印电极，然后加热进行高压极化。
[0032]在极化的压电复合材料正反两面继续打印保护层。
[0033]所述聚合物优选为PDMS。
[0034]该实施方式的一些实施例中，压电复合材料打印液中压电钛酸钡的含量为20～40wt％。压电钛酸钡的粒径为1～100μm。
[0035]该实施方式的一些实施例中，进行3D打印前，创建三维结构仿真模型并进行切片处理。
[0036]在一种或多种实施例中，切片处理中，移动速度为25～65mm/s，切片厚度为0.015～0.025mm。
[0037]该实施方式的一些实施例中，3D打印过程中，控制打印针头和收集底板之间的距离为2～5mm，打印针头的直径为35～350μm。
[0038]该实施方式的一些实施例中，打印电极原料为银浆。
[0039]该实施方式的一些实施例中，制备打印电极后，引出导线。
[0040]该实施方式的一些实施例中，高压极化的电压为1500～2500V。优选为1900～2100V。
[0041]该实施方式的一些实施例中，将打印后的材料置于热硅油中进行高压极化。所述热硅油的温度为60～80℃，优选为65～75℃。
[0042]该实施方式的一些实施例中，包括采用3D打印在打印电极表面制备保护层。所述保护层的材质优选为PDMS。
[0043]该实施方式的一些实施例中，制备压电复合材料层和打印电极(以及保护层)后需要进行干燥固化。干燥固化的温度为85～95℃。压电复合材料层制备时需要干燥固化。
[0044]该实施方式的一些实施例中，包括如下具体步骤：
[0045]将压电钛酸钡颗粒分散于液态聚合物制成压电复合材料打印液；
[0046]采用3D打印将压电复合材料打印液连续逐层沉积获得压电复合材料层；
[0047]采用3D打印将导电浆液在压电复合材料层正反两侧的表面沉积获得打印电极；
[0048]打印完成后进行高压极化。
[0049]在一种或多种实施例中，所述液态聚合物为PDMS。
[0050]在压电复合材料层两侧的表面制备打印电极时，可以在打印后再进行干燥固化，也可以制备完一面的打印电极，进行干燥固化，然后制备另一面的打印电极，再进行干燥固化。由于在压电复合材料层两侧表面制备打印电极，在制备另一侧打印电极时，需要将压电复合材料层翻转后再制备，此时制备好的打印电极未进行干燥固化，在自身重力的作用下，与压电复合材料层贴合性变差，甚至脱落。为了使压电复合材料层与打印电极更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印压电钛酸钡复合材料的制备方法，包括如下步骤：采用3D打印将压电复合材料打印液制成压电复合材料层，压电复合材料由压电材料和聚合物组成，压电复合材料为压电钛酸钡；采用3D打印在压电复合材料层的正反两面制备打印电极，然后加热进行高压极化。2.如权利要求1所述的3D打印压电钛酸钡复合材料的制备方法，其特征是，压电复合材料打印液中压电钛酸钡的含量为20～40wt％；优选地，压电钛酸钡的粒径为1～100μm。3.如权利要求1所述的3D打印压电钛酸钡复合材料的制备方法，其特征是，进行3D打印前，创建三维结构仿真模型并进行切片处理；优选地，切片处理中，移动速度为25～65mm/s，切片厚度为0.015～0.025mm。4.如权利要求1所述的3D打印压电钛酸钡复合材料的制备方法，其特征是，3D打印过程中，控制打印距离为2～5mm，打印针头的直径为35～350μm；或，打印电极原料为银浆；或，制备打印电极后，引出导线；或，高压极化的电压为1500～2500V；优选为1900～2100V。5.如权利要求1所述的3D打印压电钛酸钡复合材料的制备方法，其特征是，将打印后的压电复合材料置于热硅油中进行高压极化；优选地，所述热硅油的温度为60～8...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏相霞，姚文乐，张乾，洪浩，崔新沁，丁振洋，姜莹，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：