可拉伸压电薄膜及其制备方法、可拉伸超声换能器技术

本发明专利技术涉及可拉伸压电薄膜及其制备方法、可拉伸超声换能器。其中，可拉伸压电薄膜，所述可拉伸压电薄膜包括弹性基体、聚合物载体以及负载于所述聚合物载体上的无机压电相颗粒，其中，所述无机压电相颗粒之间通过所述聚合物载体构成柔性三维网络结构，所述弹性基体填充于所述柔性三维网络结构的孔隙中。本发明专利技术的可拉伸压电薄膜可同时具备优异的可拉伸性能、压电性能、机电耦合性能以及低声阻抗的特点，使其可直接用于超声换能器的制备，且其制备的超声换能器具有优异的可拉伸性以及压电性能。换能器具有优异的可拉伸性以及压电性能。换能器具有优异的可拉伸性以及压电性能。

【技术实现步骤摘要】
可拉伸压电薄膜及其制备方法、可拉伸超声换能器


[0001]本专利技术涉及压电材料
，特别是涉及可拉伸压电薄膜及其制备方法、可拉伸超声换能器。

技术介绍

[0002]传统的超声换能器大多采用刚性压电材料及刚性电极制备而成，此类超声换能器无法与弯曲、不规则或复杂形状的待测对象的表面轮廓，进而导致超声换能器到待测对象的界面的距离一致性较差，最终会导致在这些界面上产生的气隙或接触不良会导致巨大的声能反射和波形失真，从而产生不可靠的结果。因此，为了提高超声换能器到不规则待测对象轮廓距离的一致性，柔性超声换能器应运而生。
[0003]目前，柔性超声换能器中常用的压电材料主要为柔性的1
‑
3型压电复合材料（1代表一维压电棒，3代表三维结构（如：长方体结构））以及柔性的0
‑
3型压电复合材料（0代表0维颗粒，3代表三维结构（如：长方体结构））。其中，所述柔性的1
‑
3型压电复合材料由一维的无机压电棒插入三维结构的柔性基底中形成得到，但该复合材料在经过多次形变后，无机压电棒会从基底中脱落，使得柔性压电薄膜失效，导致使用寿命较短，且其柔性会受到无机压电棒限制，导致柔性不佳。而所述柔性的0
‑
3型压电复合材料则由零维的无机压电颗粒分散于三维结构的柔性基底中形成得到，该压电复合材料虽然柔性较好，具有较长的使用寿命，通常为了保证压电复合材料的柔性，无机压电相颗粒往往较为稀疏的分散于三维结构的柔性基底上，使得无机压电相颗粒之间相互独立，且间隔较远，若间隔较近则难以保证柔性，然而，这种设置方式则使得无机压电相颗粒均相当于被较厚的绝缘的聚合物包裹，导致在对压电复合材料进行极化时，使得分散于无机压电相颗粒上的电压较小，难以使其充分极化，从而导致压电复合材料整体因极化不充分而导致其压电性能表现不佳的问题。
[0004]由此可见，不论是柔性的1
‑
3型柔性压电复合材料还是柔性的0
‑
3型压电复合材料，二者均存在难以同时兼具优异的柔性和压电性能的问题，从而使其制备的超声换能器存在可拉伸性能差和压电性能差的问题。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述问题，提供一种可拉伸压电薄膜及其制备方法、可拉伸超声换能器，所述可拉伸压电薄膜可同时具备优异的可拉伸性能、压电性能、机电耦合性能以及低声阻抗的特点，使其可直接用于超声换能器的制备，且制备的超声换能器具有优异的可拉伸性以及压电性能。
[0006]一种可拉伸压电薄膜，所述可拉伸压电薄膜包括弹性基体、聚合物载体以及负载于所述聚合物载体上的无机压电相颗粒，其中，所述无机压电相颗粒之间通过所述聚合物载体构成柔性三维网络结构，所述弹性基体柔性填充于所述三维网络结构的孔隙中。
[0007]在其中一个实施例中，所述聚合物载体的材料选自不导电的三维聚合物，所述不导电的三维聚合物选自聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、环氧树脂中的至少一种。
[0008]在其中一个实施例中，所述弹性基体为具有三维孔隙的整体结构，且所述弹性基体的三维孔隙与所述柔性三维网络结构的孔隙相互穿插。
[0009]在其中一个实施例中，所述弹性基体选自聚二甲基硅氧烷基体、弹性聚氨酯基体或者热塑性聚酯弹性体基体。
[0010]在其中一个实施例中，所述聚合物载体的材料选自不导电的纳米线，所述不导电的纳米线选自纤维素纳米线、聚二甲基硅氧烷纳米线、聚偏氟乙烯纳米线、聚乙烯醇纳米线、环氧树脂纳米线中的至少一种。
[0011]在其中一个实施例中，所述弹性基体选自天然弹性橡胶颗粒，所述天然弹性橡胶颗粒填充于所述柔性三维网络结构的孔隙中。
[0012]在其中一个实施例中，以质量分数计，所述弹性基体在所述可拉伸压电薄膜中的质量分数为35%
‑
55%，所述无机压电相颗粒在所述可拉伸压电薄膜中的质量分数为25%
‑
50%，所述聚合物载体在可拉伸压电薄膜中的质量分数为10%
‑
25%；及/或，所述无机压电相颗粒选自锆钛酸铅颗粒、铌镁锆钛酸铅颗粒、铌镁酸铅
‑
钛酸铅颗粒、铌酸锂颗粒、锆钛酸铅镧陶瓷颗粒中的至少一种。
[0013]一种可拉伸压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：提供弹性基体，所述弹性基体具有三维孔隙结构；将聚合物载体分散于有机溶剂中，然后加入无机压电相颗粒，得到混合浆料，其中，所述无机压电相颗粒与所述聚合物载体的质量比大于等于3:1.25；将所述混合浆料注入所述弹性基体的三维孔隙结构中，并进行离心，得到复合体，其中，离心速度为2000rpm
‑
4000rpm，离心时间为30min
‑
50min；以及，将所述复合体经热压和固化，得到所述可拉伸压电薄膜。
[0014]一种可拉伸压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：提供聚合物载体的悬浊液；将弹性基体分散于有机溶剂中，然后加入无机压电相颗粒，得到混合分散液；将所述聚合物载体的悬浊液、硫化体系材料加入到所述混合分散液中，然后加入硫酸溶液并进行乳化反应，得到含有反应产物的溶液；将所述含有反应产物的溶液依次进行过滤、洗涤和干燥，然后经热压和固化，得到可拉伸压电薄膜。
[0015]一种可拉伸超声换能器，所述可拉伸超声换能器包括如上述所述的可拉伸压电薄膜以及复合于所述可拉伸压电薄膜两个相对表面上的电极，且每个所述电极均设置有极耳，其中，所述电极为可拉伸电极。
[0016]本专利技术中，第一、无机压电相颗粒之间通过聚合物载体构成柔性三维网络结构，即无机压电相颗粒与聚合物载体共同构成柔性三维网络结构，使得无机压电相颗粒之间呈三维连通的柔性网状分布，且通过聚合物载体紧密相连，因而在施加极化电压时，电压可沿着柔性网络脉络直接传递于每个无机压电相颗粒，避免极化电压因需通过大量的聚合物传递至每个无机压电相颗粒而导致极化不充分的问题。因而，本专利技术的可拉伸压电薄膜在进行极化时，极化电压可通过互相连通的柔性网络结构直接对无机压电相颗粒进行极化，使得可拉伸压电薄膜极化充分，进而表现出优异的压电性能及机电耦合性能。
[0017]第二、所述弹性基体填充于无机压电相颗粒与聚合物载体共同构成的柔性三维网
络结构的孔隙中，且该柔性三维网络结构中的网络实质上是由无数个无机压电相颗粒较为密集的堆叠而成的，使得无机压电相颗粒、聚合物载体以及弹性基体之间共同构成了一个更加连续的三维整体，可有效抑制可拉伸压电薄膜在拉伸变形中的结构坍塌，进而可有效提升可拉伸压电薄膜的可拉伸性能以及结构强度。
[0018]第三、由于聚合物载体以及弹性基体的存在，使得可拉伸压电薄膜整体含有大量的聚合物，从而使本专利技术得可拉伸压电薄膜具有低声阻抗的特点。
[0019]因此，本专利技术的可拉伸压电薄膜可同时具备优异的可拉伸性能、压电性能、机电耦合性能以及声阻抗较低的特点，使其可直接用于超声换能器的制备，且制备的超声换能器具有优异的可拉伸性以及压电性能。
附图说明
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可拉伸压电薄膜，其特征在于，所述可拉伸压电薄膜包括弹性基体、聚合物载体以及负载于所述聚合物载体上的无机压电相颗粒，其中，所述无机压电相颗粒之间通过所述聚合物载体构成柔性三维网络结构，所述弹性基体填充于所述柔性三维网络结构的孔隙中。2.根据权利要求1所述的可拉伸压电薄膜，其特征在于，所述聚合物载体的材料选自不导电的三维聚合物，所述不导电的三维聚合物选自聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、环氧树脂中的至少一种。3.根据权利要求2所述的可拉伸压电薄膜，其特征在于，所述弹性基体为具有三维孔隙的整体结构，且所述弹性基体的三维孔隙与所述柔性三维网络结构的孔隙相互穿插。4.根据权利要求3所述的可拉伸压电薄膜，其特征在于，所述弹性基体选自聚二甲基硅氧烷基体、弹性聚氨酯基体或者热塑性聚酯弹性体基体。5.根据权利要求1所述的可拉伸压电薄膜，其特征在于，所述聚合物载体的材料选自不导电的纳米线，所述不导电的纳米线选自纤维素纳米线、聚二甲基硅氧烷纳米线、聚偏氟乙烯纳米线、聚乙烯醇纳米线、环氧树脂纳米线中的至少一种。6.根据权利要求5所述的可拉伸压电薄膜，其特征在于，所述弹性基体选自天然弹性橡胶颗粒，所述天然弹性橡胶颗粒填充于所述柔性三维网络结构的孔隙中。7.根据权利要求1至权利要求6任一项所述的可拉伸压电薄膜，其特征在于，以质量分数计，所述弹性基体在所述可拉伸压电薄膜中的质量分数为35%
‑
55%，所述无机压电相颗粒在所述可拉伸压电薄膜中的质量分数为25%
‑
50%，所述聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：任丹阳，尹永刚，高大，施钧辉，王钰琪，陈睿黾，李驰野，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：