压电驻极体薄膜及其制备方法技术

压电驻极体薄膜的制备方法，将聚合物溶液涂覆在具有纳米线的模板上，进行干燥；后将该模板移除得到具有纳米线孔的第一聚合物膜；将干燥后的至少一个第一聚合物膜与第二聚合物膜结合形成空腔；通过极化使空腔内上下表面分布相反电荷，形成压电驻极体薄膜。上述制备方法制备得到的压电驻极体薄膜。本发明专利技术还提供了压电驻极体薄膜，包括具有纳米线孔的第一聚合物膜层，结合在至少一个第一聚合物膜层的具有纳米线孔的表面上的第二聚合物膜层，在第一聚合物膜层与第二聚合物膜层之间形成的空腔，以及通过极化形成分布于空腔上下表面的相反电荷；纳米线孔的形成是通过将聚合物溶液涂覆在具有纳米线模板上实现的。还提供了由驻极体薄膜形成的压电元件。

【技术实现步骤摘要】
压电驻极体薄膜及其制备方法
本专利技术涉及一种压电驻极体薄膜及其制备方法，特别涉及一种通过纳米线模板加工制造的压电驻极体薄膜及其制备方法。
技术介绍
常见的电介质在外电场作用下发生极化,当去除外电场,电介质的极化现象也随之消失。驻极体是具有长久电荷的电介质，它的电荷可以是因极化而被“冻结”的极化电荷，也可以是陷入表面或体内“陷阱”中的正、负电荷，与钢棒经磁化后具有剩磁成为永磁体类似，人们也把具有长久保留电荷的电介质叫永电体,习惯上称为驻极体。驻极体在工业技术、医学、生物学等领域都有应用，主要有驻极体传声器、驻极体空气过滤器和传真图像记录等。驻极体可制成医用材料,如我国首创的消炎止痛膜用于治疗伤痛，已取得良好的疗效，获得国际尤里卡专利技术金奖，并已批量生产；驻极体薄膜的电场有阻止血栓形成作用，有希望成为人造血管的材料等等。随着人们对驻极体的研究和应用，制备的材料不再用天然材料的混合物,而是大量使用人工制造的聚合物材料，如聚四氟乙烯(PTFE)，聚偏二氟乙烯(PVDF)等,聚合物驻极体具有更好荷电能力和优良的机械性能,可制成微米量级的薄膜。用热极化法制备时，加热温度应稍高于聚合物的玻璃化温度(聚四氟乙烯约150~200摄氏度)，所用电场约0.1~1千伏每厘米，极化时间约几分钟到1小时，此期间保持恒温。而制备方法除热极化法之外,还有电晕法,电子射线法和液体接触法等。近年来有多篇文献公开了封闭的外层和多孔或者穿孔的中间层组成的多层系统。多孔压电驻极体是带有过剩电荷的孔洞结构聚合物薄膜材料/结构。多孔压电驻极体薄膜具有优越的压电性能，其厚度方向的压电系数通常达到数百pC/N，与压电陶瓷的压电系数相当甚至更高，是一种新型的机电传感材料/结构。再加上拥有聚合物的柔顺性、可大面积成膜、低成本，使得多孔压电驻极体薄膜材料在柔性功能电子器件和机电智能传感器件方面具有重要应用前景。最近公开了具有多孔或穿孔中间层的层系统经常具有比上述系统大出很多的压电常数，但是这些中间层是不能用固体外层可靠的层合。而且对中间层的穿孔通常是非常耗时的。特别是将空腔的大小做到纳米级在现有技术中是很难实现的。纳米级的空腔具有很高的内比表面，应用到驻极体薄膜中，可以更有效的存储电荷，使得驻极体薄膜在形变过程中，输出的电能更大。然而由于规则纳米线阵列的制备具有一定的难度，需要借助一些昂贵的仪器，制作成本太高。现有技术中，由于没有合适的模板或者方法可以将空腔的大小做到纳米级，所以亟需开发一种简便的、廉价的，能大规模生产具有纳米级空腔的压电驻极体薄膜。
技术实现思路
本专利技术解决技术问题是：通过纳米线模板得到一种孔腔达到纳米级的压电驻极体薄膜的方法及其得到的压电驻极体薄膜。具体来说，本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种压电驻极体薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将聚合物溶液涂覆在具有纳米线的模板上，之后进行干燥；干燥后将该模板移除得到具有纳米线孔的第一聚合物膜；（2）将步骤（1）干燥后的至少一个第一聚合物膜与第二聚合物膜结合形成空腔；以及（3）通过极化使步骤（2）形成的空腔内上下表面分布相反电荷，从而形成压电驻极体薄膜。其中，空腔的宽度为50-500纳米，深度为100纳米-3微米，空腔间距为100-500纳米。其中，步骤（1）所述的模板移除是是通过将纳米线蚀刻进行移除。其中，ZnO纳米线模板采用稀酸进行移除，Si纳米线采用氟化氢和双氧水的混合溶液进行移除。其中，在步骤（1）所述具有纳米线的模板是垂直生长的硅纳米线模板或氧化锌纳米线阵列模板，所述纳米线的断面形状选自规则矩形、六边形、圆形或正方形其中，在步骤（1）所述具有纳米线的模板是垂直生长的硅纳米线模板或氧化锌纳米线阵列模板，所述纳米线的断面形状选自不规则的形状。其中，步骤（1）所述涂覆的方式是旋转涂覆或静电喷涂。其中，步骤（1）中，聚合物的涂覆厚度大于纳米线的高度。其中，所述聚合物选自如下聚合物组中的一种或几种：聚偏氟乙烯（PVDF）、氟化乙丙稀共聚物(FEP)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酞亚胺(PI)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。其中，步骤（2）中结合的方式选自如下方式的一种或几种：层合、粘合、夹紧、钳夹、螺纹连接、铆接或/或焊接。其中，所述第一聚合物和第二聚合物材质相同。其中ZnO纳米线模板是通过如下方法制备得到的：通过水热法合成纳米阵列，之后对其加热退火，得到ZnO纳米线模板；其中Si纳米线阵列制备的方法是采用湿法刻蚀的方法，直接将干净的Si片在氟化氢和硝酸银的混合溶液中浸泡刻蚀，得到Si纳米线阵列。其中，在步骤（2）后和步骤（3）之间，将气体冲入压电驻极体的空腔内，所述的气体优选纯氮气。一种通过所述的制备方法制备得到的压电驻极体薄膜。一种压电驻极体薄膜，其特征在于，该薄膜包括具有纳米线孔的第一聚合物膜层（1），结合在至少一个第一聚合物膜层（1）的具有纳米线孔的表面上的第二聚合物膜层（3），在第一聚合物膜层（1）与第二聚合物膜层之间形成的空腔（2），以及通过极化形成分布于空腔上下表面的相反电荷；其中纳米线孔的形成是通过将聚合物溶液涂覆在具有纳米线模板上实现的。其中，空腔的宽度为50-500纳米，深度为100纳米-3微米，空腔间距为100-500纳米。一种压电元件，包括至少一个所述的压电驻极体薄膜。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过使用纳米线模板形成压电驻极体薄膜，形成空腔达到纳米级的驻极体薄膜，薄膜内部比表面的增加有利于存储更多的稳定电荷，从而取得更大的压电常数d33。本专利技术不仅是实现了将空腔的大小做到了纳米级别，而且通过对材料等各种影响因素的优化，将驻极体薄膜的压电常数提高到了很多。本专利技术直接形成封闭结构，而不需要对压电驻极体薄膜进行封闭，通过对模板的选择制备各种压电驻极体薄膜，简化了操作，节约了成本，并可以大规模生产，并且得到的压电驻极体薄膜性能较好，在自驱动发电机以及压力传感器等方面有着广泛的应用前景。附图说明图1：本专利技术的一种具体实施方式中的压电驻极体薄膜的截面图。图2：本专利技术的一种具体实施方式的压电驻极体薄膜的所用的纳米线模板。图3：将第一聚合物膜与纳米线模板进行剥离的图示。图4：本专利技术压电驻极体薄膜的外观图。图5：本专利技术另一种具体实施方式中压电驻极体薄膜的截面图。其中图中编号分别为：1-第一聚合物膜层，2-为空腔，3-第二聚合物膜层，4-纳米线，5-纳米线模板的基板，6-第一聚合物层a，7-第一聚合物层b，8-第一层空腔，9-第二层空腔。具体实施方式本专利技术提供了一种压电驻极体薄膜的制备方法，包括步骤：（1）将聚合物溶液涂覆在具有纳米线的模板上，之后进行干燥；干燥后将模板移除得到具有纳米线孔的第一聚合物膜；（2）将步骤（1）干燥后的至少一个第一聚合物膜与第二聚合物膜结合形成空腔；以及（3）通过极化使步骤（2）形成的空腔内上下表面分布相反电荷，从而形成压电驻极体薄膜。下面结合附图1-5对本专利技术的压电驻极体薄膜的制备方法进行详细说明。其中，步骤（1）是将聚合物膜按照需要形成纳米孔的聚合物膜的过程。在该步骤中，涂覆聚合物的厚度大于模板上纳米线高度，以确保得到的第一聚合物膜层上的纳米线孔的深度与模板上纳米线的高度一致，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电驻极体薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将聚合物溶液涂覆在具有纳米线的模板上，之后进行干燥；干燥后将该模板移除得到具有纳米线孔的第一聚合物膜；（2）将步骤（1）干燥后的至少一个第一聚合物膜与第二聚合物膜结合形成空腔；以及（3）通过极化使步骤（2）形成的空腔内上下表面分布相反电荷，从而形成压电驻极体薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种压电驻极体薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将聚合物溶液涂覆在具有纳米线的模板上，之后进行干燥；干燥后将该模板移除得到具有纳米线孔的第一聚合物膜，所述具有纳米线的模板是垂直生长的硅纳米线模板或氧化锌纳米线阵列模板；(2)将步骤(1)干燥后的至少一个第一聚合物膜与第二聚合物膜结合形成空腔；以及(3)通过极化使步骤(2)形成的空腔内上下表面分布相反电荷，从而形成压电驻极体薄膜；其中空腔的宽度为50-500纳米，深度为100纳米-3微米，空腔间距为100-500纳米；其中步骤(1)中，聚合物的涂覆厚度大于纳米线的高度。2.如权利要求1所述的压电驻极体薄膜的制备方法，其中步骤(1)所述的模板移除是通过将纳米线蚀刻进行移除。3.如权利要求1所述的压电驻极体薄膜的制备方法，其中在步骤(1)所述具有纳米线的模板的断面形状选自规则矩形、六边形、圆形、正方形或不规则的形状。4.如权利要求1-3任一项所述的压电驻极体薄膜的制备方法，其中所述聚合物选自如下聚合物组中的一种或几种：聚偏氟乙烯(PVDF)、氟化乙丙烯共聚物(FEP)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酞亚胺(PI)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。5.如权利要求1-3任一项所述的压电驻极体薄膜的制备方法，其中步骤(2)中结合的方式选自如下方式的一种或几种：层合、粘合、夹紧、钳夹、螺纹连接、铆接或焊接。6.如权利要求4所述的压电驻极体薄膜的制备方法，其中步骤(2)中结合的方式选自如下方式的一种或几种：层合、粘合、夹紧、钳夹、螺纹连接、铆接或焊接。7.如权利要求1-3任一项所述的压电驻极体薄膜的制备方法，其中所述第一聚合物和第二聚合物材质相同。8.如权利要求6所述的压电驻极体薄膜的制备方法，其中所述第一聚合物和第二聚合物材质相同。9.如权利要求1-3任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：范凤茹，
申请(专利权)人：纳米新能源唐山有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13