【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于柔性传感器，具体涉及一种具有压电-光电功能的复合薄膜及其制备方法与应用。
技术介绍
1、触觉是人类认知外界的重要感知途径，触觉传感器也是机器与人、与外界进行交互和感知的重要手段。随着机器人、人机交互、生物医学和可穿戴电子设备等只能系统在生产生活中的持续推进，人们对触觉传感器的要求越来越高，对传感器的功能也提出了更高的要求，对新型柔性化触觉传感器的需求也越来越大。根据不同的工作原理，柔性触觉传感器可分为压电传感器、压阻传感器、电容传感器、电磁传感器、摩擦生电传感器等。其中，基于压电效应的柔性触觉传感器具备无需外接电源供电的优点，克服了附加电源集成的障碍，成为研究领域颇受关注的压力传感器之一。
2、聚偏二氟乙烯（pvdf）及其共聚物（pvdf-hfp和pvdf-trfe）是一种半晶体聚合物，其电活性由tttt构象的压电相（即β相）决定，具有高柔韧、高机电耦合、较好生物兼容以及宽响应范围等优点，在随身穿戴等要求一定柔性的领域有着较好的应用。为了提高pvdf中压电相含量，颗粒诱导极化是一种有效的手段，它是将碳量子点（cqds）、batio3、碳黑、zno、石墨烯、碳纳米管（cnts）等纳米颗粒嵌入pvdf中，纳米颗粒表面的诱导活性点、表面电荷以及局部电场等均会与pvdf偶极子发生相互作用，在材料成型的同时促进压电相形成，从而获得性能优异的柔性压电材料。例如，司文燕等人（低压近场静电纺丝zno/pvdf复合微米纤维阵列的制备及压力传感性.高等学校化学学报.2017,38(6):997-1001）采用近场电纺丝将z
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种具有压电-光电功能的复合薄膜，该复合薄膜呈三明治结构，在保持高柔韧性和自供能的基础上，借助中间多功能层赋予薄膜材料的光电特性。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种具有压电-光电功能的复合薄膜，包括两层压电层和位于两层压电层中间的一层多功能层；所述压电层为聚偏二氟乙烯（pvdf）或聚偏二氟乙烯共聚物（pvdf-hfp或pvdf-trfe）；所述多功能层为tio2@光敏染料分子纳米异质结。
4、作为上述技术方案的优选，所述压电层的厚度为10~100μm，所述多功能层的厚度为0.1~5μm。优选地，所述压电层的厚度为10~50μm，所述多功能层的厚度为0.5~3.5μm。
5、在染料敏化太阳能电池中，tio2光阳极连同吸附在其表面的光敏染料（即tio2@光敏染料分子纳米异质结结构）起着对太阳光捕获以及激子（电子-空穴对）产生与分离的作用，同时光敏染料分子在tio2表面呈现单层吸附状态，两者之间形成了较为稳定的化学健合，从而产生稳定的光电效应。专利技术人受此启发，将tio2@光敏染料分子纳米异质结这一结构引入压电材料中，不仅可以弥补tio2颗粒表面官能团不足以及界面结合弱的缺点，还能激发压电相纳米颗粒的诱导效应和界面桥接效应，赋予材料稳定的光电性能。
6、本专利技术进一步提供了一种上述具有压电-光电功能的复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
7、（1）压电层溶液的制备：
8、将聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯共聚物按质量比1：（5~10）溶于有机溶剂中，得到压电层溶液；
9、（2）多功能层溶液的制备：
10、s1、光敏染料溶液的配制：将光敏染料按质量比为1：（1000~2000）加入乙醇中，在30~50℃下搅拌18~30h，得到光敏染料溶液；
11、s2、tio2浆料的配制：将peg-20000按质量比1：（5~10）加入水中，搅拌溶解，得到peg-20000溶液；再将tio2粉末、乙酰丙酮和乙醇加入peg-20000溶液中，经过交替混合后，得到tio2分散液；最后将tio2分散液与triton x100溶液按质量比1：（0.05~0.1）混合均匀，球磨60~120min，得到tio2浆料；
12、其中，tio2粉末、乙酰丙酮、乙醇、peg-20000溶液的质量比为重量比为1：（0.2~0.5）：（0.2~0.5）：（4~8）；
13、s3、多功能层溶液的配制：将tio2浆料涂覆在玻璃上，经梯次热处理后获得tio2多孔膜；然后将tio2多孔膜浸泡在光敏染料溶液中，避光静置18~30h，结束后取出，洗涤、干燥，并从玻璃上分离，得到tio2@光敏染料分子粉末；最后将tio2@光敏染料分子粉末按质量比1：（1000~2000）加入乙醇中，混合均匀，得到多功能层溶液；
14、（3）复合薄膜的制备：
15、将压电层溶液涂覆在ito-pen电极的导电面上，干燥后形成压电层，然后将多功能层溶液涂覆在压电层表面，干燥后形成多功能层，最后再将压电层溶液涂覆在多功能层表面，热处理后形成压电层，从而在ito-pen电极表面得到具有压电-光电功能的复合薄膜。
16、作为上述技术方案的优选，步骤（1）中，所述有机溶液为n,n-二甲基甲酰胺、丙酮、乙醇、环己烷、乙酸乙酯、氯仿中的一种或多种。
17、优选地，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺和丙酮按质量比1：（0.5~1）组成的混合溶剂。
18、作为上述技术方案的优选，步骤（2）的s1中，所述光敏染料为n719染料、n3染料、香豆素、卟啉、聚甲川、类胡萝卜素、二萘嵌苯、花箐素、半花箐、紫檀色素、叶绿素中的任意一种。
19、作为上述技术方案的优选，步骤（2）的s2中，所述tio2粉末的平均颗粒尺寸为10~50nm；所述交替混合是指先磁力搅拌15~30min，再超声搅拌15~30min，以此作为一个循环，进行6~10个循环；所述triton x100溶液是将triton x100按体积比1：（10~20）溶于水中所得。
20、作为上述技术方案的优选，步骤（2）的s3中，涂覆采用旋涂法、刮刀法、丝网印刷法或流延法中的任意一种；所述梯次热处理是指先在50~60℃下保温30~60min，然后在100~120℃下保温5~15min，最后在400~500℃下保温20~40min。
21、作为上述技术方案的优选，步骤（3）中，涂覆采用旋涂法、刮刀法、丝网印刷法或流延法中的任意一种，优选为旋涂法，旋涂的转速为1000~3000rpm，时间为30~120s；所述干燥是在30~60℃下保温5~20mi本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有压电-光电功能的复合薄膜，包括两层压电层和位于两层压电层中间的一层多功能层，其特征在于，所述压电层为聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯共聚物；所述多功能层为TiO2@光敏染料分子纳米异质结。
2.根据权利要求1所述的具有压电-光电功能的复合薄膜，其特征在于，所述压电层的厚度为10~100μm，所述多功能层的厚度为0.1~5μm。
3.如权利要求1所述的具有压电-光电功能的复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的具有压电-光电功能的复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述有机溶液为N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、乙醇、环己烷、乙酸乙酯、氯仿中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的具有压电-光电功能的复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）的S1中，所述光敏染料为N719染料、N3染料、香豆素、卟啉、聚甲川、类胡萝卜素、二萘嵌苯、花箐素、半花箐、紫檀色素、叶绿素中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的具有压电-光电功能的复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）的S2中，所述交替
7.根据权利要求1所述的具有压电-光电功能的复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）的S3中，所述梯次热处理是指先在50~60℃下保温30~60min，然后在100~120℃下保温5~15min，最后在400~500℃下保温20~40min。
8.根据权利要求1所述的具有压电-光电功能的复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述干燥是在30~60℃下保温5~20min；所述热处理是指先在30~60℃下保温20~40min，然后在100~130℃下保温0.5~2h。
9.根据权利要求1所述的具有压电-光电功能的复合薄膜的制备方法，其特征在于，涂覆采用旋涂法、刮刀法、丝网印刷法或流延法中的任意一种。
10.如权利要求1所述的具有压电-光电功能的复合薄膜在在多功能柔性压电传感器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种具有压电-光电功能的复合薄膜，包括两层压电层和位于两层压电层中间的一层多功能层，其特征在于，所述压电层为聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯共聚物；所述多功能层为tio2@光敏染料分子纳米异质结。
2.根据权利要求1所述的具有压电-光电功能的复合薄膜，其特征在于，所述压电层的厚度为10~100μm，所述多功能层的厚度为0.1~5μm。
3.如权利要求1所述的具有压电-光电功能的复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的具有压电-光电功能的复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述有机溶液为n,n-二甲基甲酰胺、丙酮、乙醇、环己烷、乙酸乙酯、氯仿中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的具有压电-光电功能的复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）的s1中，所述光敏染料为n719染料、n3染料、香豆素、卟啉、聚甲川、类胡萝卜素、二萘嵌苯、花箐素、半花箐、紫檀色素、叶绿素中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的具有压电-...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐顺建，罗永平，张远俊，王永亚，李现长，虞凌科，
申请(专利权)人：湖州学院，
类型：发明
国别省市：
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