[发明专利]压电聚合物膜元件、尤其是聚合物箔及其制造方法

说明书

本发明涉及压电聚合物膜元件，尤其是聚合物箔，包括聚合物基材，其中在聚合物基材中布置有空心颗粒。此外，本发明涉及用于制造这样的聚合物膜元件的方法。

聚合物和聚合物复合材料已经大量地被用于商业应用。在这种情况下，功能聚合物作为有功分量在传感器-和驱动器应用中日益重要。近年来，一种新种类的压电聚合物，所谓的铁电驻极体，日益成为研究热点。铁电驻极体也称为压电驻极体。铁电驻极体由具有可长时间存储电荷的空腔结构的聚合物材料构成。一些公知的铁电驻极体具有多孔空腔结构且形成为发泡聚合物膜或聚合物膜的多层体系或聚合物织物。如果电荷根据其极性分布在空腔的不同表面，则每一个带电的空腔是一个电偶极。如果现在使空腔变形，这将引起偶极尺寸的改变并导致外部电极之间的电流。铁电驻极体能够显示出与其它压电物质可比较的压电活性。

在US4654546中描述了一种用于制造作为铁电驻极体膜的前体的聚丙烯泡沫膜的方法。在此，将填料颗粒掺入该聚合物膜。例如采用二氧化钛作为填料。在挤出之后双轴拉伸聚丙烯膜，这样在填充颗粒周围形成小的空腔。这种方法此后也用于其它聚合物。因而，例如，M.Wegener，M.Paajanen，O.Voronina，R.Schulze，W.Wirges和R.Gerhard-Multhaupt在“Voided cyclo-olefin polymer films：Ferroelectrets with high thermal stability”，第12届国际驻极体研讨会汇编(IEEE Service Center，Piscataway，New Jersey，USA 2005)47-50(2005)中和Eetta Mika Paajanen，Ann-Mari和Hannu Minkkinen，MichaelWegene；Olena Voronina，Robert Schulze，Wemer Wirges和Reimund Gerhard-Multhaupt在“Novel Heat Durable Electromechanical Film：Processing for Electromechanical and Electret Applications”，IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 13，963-972(十月2006)中描述了环烯烃共聚物(COC)和环烯烃聚合物(COP)的铁电驻极体膜的制造。发泡聚合物具有会出现泡沫大小分布广范的缺点。由此，在随后的充电步骤中，不是所有的泡沫都能够均匀良好地充电。

用于制备发泡铁电驻极体聚合物膜的另一方法是使用超临界液体，例如用二氧化碳直接物理发泡均质膜。在Advanced Functional Materials 17，324-329(2007)，Werner Wirges，Michael Wegener，Olena Voronina，Larissa Zirkel和Reimund Gerhard-Multhaupt“Optimized preparation of elastically soft，high piezoelectric，cellular ferroelectrets from nonvoided poly(ethylene terephthalate)films”中和在Applied Physics Letters 90，192908(2007)，P.Fang，M.Wegener，W.Wirges，和R.Gerhard L.Zirkel“Cellular polyethylene-naphthalate ferroelectrets：Foaming in supercritical carbon dioxide，structural and electrical preparation，and resulting piezoelectricity”中，该方法用聚酯材料，以及在Applied Physics A：Materials Science & Processing 90，615-618(2008)，O.Voronina，M.Wegener，W.Wirges，R.Gerhard，L.Zirkel，和H.Münstedt“Physical foaming of fluorinated ethylene-propylene(FEP)copolymers in supercritical carbon dioxide：single film fluopolymer piezoelectrets”中描述了选择氟聚合物(氟化乙稀-丙烯共聚物)。