高分子压电材料及其制造方法以及压电元件技术

本发明专利技术提供一种高分子压电材料，其含有重均分子量为5万～100万的具有光学活性的螺旋手性高分子，在25℃的压电常数d14大于等于10pC/N，利用X射线衍射法所得的结晶度为40％～80％，且雾度为0.5～30。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种高分子压电材料及其制造方法、以及压电元件。
技术介绍
作为压电材料，先前多使用作为陶瓷材料的PZT(PB^O3-PbTiO3系固溶剂)，但由于PZT含铅，故而开始使用环境负担低，且富于柔软性的高分子压电材料。目前已知的高分子压电材料主要可大致分为以下三种。即以尼龙11、聚氟乙烯、 聚氯乙烯、聚脲等为代表的极化型高分子，聚偏二氟乙烯(β型)(PVDF)，以及以偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物(P(VDF-TrFE)) (75/25)等为代表的强铁电性高分子三种。但是，高分子压电材料在压电性方面不及ΡΖΤ，故要求提高压电性。因此，本领域技术人员基于各种观点不断尝试提升高分子压电材料的压电性。例如，作为强铁电性高分子的PVDF及P (VDF-TrFE)即使在高分子中也具有优异的压电性，压电常数屯大于等于20pC/N。由PVDF及P (VDF-TrFE)所形成的膜材料通过如下方式而赋予压电性对该膜材料进行拉伸操作而使高分子链沿着拉伸方向取向，然后利用电晕放电等对膜的表面及背面赋予异种电荷，由此使与膜面垂直的方向上产生电场，使位于高分子链的侧链的含氟的永久偶极与电场方向平行地取向，从而赋予压电性。但是，在实际使用方面存在下述这样的课题在经极化的膜表面，空气中的水或离子这样的异种电荷容易沿着抵消取向的方向进行附着，极化处理使一致的永久偶极的取向有所缓和，压电性随时间推移而显著下降。PVDF是上述高分子压电材料中压电性最高的材料，但其介电常数在高分子压电材料中较高，为13，故而压电d常数除以介电常数所得的值即压电g常数(每单位应力的释放电压)减小。另外，PVDF虽然自电气转换为声音的效率良好，但自声音转换为电气的效率尚有待改善。近年来，除了上述高分子压电材料以外，使用多肽、聚乳酸等具有光学活性的高分子正受到关注。已知光学活性高分子仅通过机械拉伸操作便可表现出压电性。具有光学活性的高分子中，如聚乳酸这样的高分子结晶的压电性源于存在于螺旋轴方向上的C = 0键的永久偶极。特别是聚乳酸的侧链相对于主链的体积比例小，故而单位体积的永久偶极的比例大，在具有螺旋手性(helical chirality)的高分子中也可谓为理想的高分子。已知仅通过拉伸处理便可表现出压电性的聚乳酸无需极化处理，压电模量可历经数年而不减少。如上所述，因聚乳酸具有各种压电特性，故而现已报告有使用各种聚乳酸的高分子压电材料。例如公开了通过对聚乳酸的成型物进行拉伸处理而于常温下表现出10pC/N左右的压电模量的高分子压电材料(例如参照日本特开平5-15沈38号公报)。另外报告了为了使聚乳酸结晶高度取向而使用称为锻造法的特殊取向方法产生18pC/N左右的高压电性的技术(例如参照日本特开2005-213376号公报)。
技术实现思路
专利技术要解决的课题在仅通过拉伸处理便可表现出压电性的高分子中，上述日本特开平5_15沈38号公报中所示的10pC/N左右的压电模量的值高，但与需要极化处理的强铁电性高分子相比则低。上述日本特开2005-213376号公报中所示的方法中，大面积地制作均质的膜极为困难，故而可利用聚乳酸系的压电材料的范围有限。另外，上述日本特开平5-15沈38号公报及上述日本特开2005-213376号公报所公开的压电材料的透明性均不充分。鉴于上述情况，本专利技术的目的在于提供一种无需极化处理，压电常数d14大，且透明性及弹性优异的高分子压电材料、压电元件以及高分子压电材料的制造方法。解决课题的手段用于解决上述课题的具体手段如下所述。<1> 一种高分子压电材料，其含有重均分子量为5万 100万的具有光学活性的螺旋手性高分子，在25°C的压电常数d14大于等于10pC/N，利用X射线衍射法所得的结晶度为 40% 80%，且雾度为0. 5 30。<2>根据上述<1>所述的高分子压电材料，其中，所述螺旋手性高分子以下述式 (1)所表示的重复单元作为主链〔化1〕权利要求1.一种高分子压电材料，其含有重均分子量为5万 100万的具有光学活性的螺旋手性高分子，在25°C的压电常数d14大于等于10pC/N，利用X射线衍射法所得的结晶度为 40% 80%，且雾度为0. 5 30。2.根据权利要求1记载的高分子压电材料，其中，所述螺旋手性高分子以下述式(1)所表示的重复单元作为主链，3.根据权利要求1记载的高分子压电材料，其中，所述高分子压电材料为高分子压电材料P1，所述高分子压电材料Pl在与螺旋手性高分子的螺旋结构的螺旋轴大致平行的方向上，具有结构周期为12. 5nm 80. Onm的低结晶相与高结晶相的连续结构，在与所述螺旋轴正交的一个方向大致平行的方向上，实质上不具有所述连续结构，而且，将通过示差扫描热量测定所得的所述高分子压电材料Pl的熔点中源于螺旋手性高分子的最高熔点设为 Tml，将所述高分子压电材料Pl加热至上述Tml+15°C，熔融5分钟后，以-10°C/分钟冷却至 0°C而获得高分子压电材料P2，将通过对所述高分子压电材料P2进行示差扫描热量测定而得的源于螺旋手性高分子的熔点设为Tm2，此时所述Tml与所述Tm2的差值为2°C 10°C。4.根据权利要求3记载的高分子压电材料，其中，当所述高分子压电材料具有两个以上通过示差扫描热量测定所得的源于螺旋手性高分子的熔点时，所述熔点中的最低熔点 Tm3与所述熔点Tml的差值在30°C以内。5.根据权利要求3记载的高分子压电材料，其中，所述熔点Tml大于等于160°C且小于 ^O0C。6.根据权利要求1记载的高分子压电材料，其中，所述螺旋手性高分子的光学纯度大于等于99. 00% ee。7.根据权利要求1记载的高分子压电材料，其中，所述高分子压电材料的、利用X射线衍射法所得的α晶比例、结晶度]及取向度的乘积大于等于3. 0且小于100。8.根据权利要求1记载的高分子压电材料，其中所述高分子压电材料利用X射线衍射法所得的取向度大于等于0. 90。9.根据权利要求3记载的高分子压电材料，其中，所述高分子压电材料在高于所述高分子压电材料的玻璃化温度Tg、低于所述熔点Tml的温度下且在5MPa 10，OOOMpa的压缩应力下进行拉伸处理而获得，并且该拉伸处理的拉伸方向的纵向弹性模量为2. OGpa 10. OGpa010.根据权利要求9记载的高分子压电材料，其主面的面积大于等于5mm2。11.一种压电元件，其包含具有至少两个面的高分子压电材料以及在所述高分子压电材料的至少两个面上所具备的电极，且所述高分子压电材料为权利要求1记载的高分子压电材料。12.—种高分子压电材料的制造方法，其是对含有重均分子量为5万 100万的具有光学活性的螺旋手性高分子的高分子压电材料，在高于该高分子压电材料的玻璃化温度Tg、低于通过示差扫描热量测定所得的该高分子压电材料的熔点中源于螺旋手性高分子的最高熔点Tml的温度下，且在IOMPa 10，OOOMpa的压缩应力下进行拉伸处理。13.根据权利要求12记载的高分子压电材料的制造方法，其中，在所述拉伸处理之前进行预先在60°C 170°C将所述高分子压电材料加热1分钟 60分钟的拉伸前预热处理。14.根据权利要求12记载的高分子压电材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高分子压电材料，其含有重均分子量为５万～１００万的具有光学活性的螺旋手性高分子，在２５℃的压电常数ｄ１４大于等于１０ｐＣ／Ｎ，利用Ｘ射线衍射法所得的结晶度为４０％～８０％，且雾度为０．５～３０。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田光伸，味冈正伸，后藤谦一，藤隐一郎，伊崎健晴，小野木隆行，田实佳郎，宇杉真一，狩野武志，麻生善昭，
申请(专利权)人：三井化学株式会社，学校法人关西大学，
类型：发明
国别省市：JP