[发明专利]一种柔性压电薄膜复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种柔性压电薄膜复合材料及其制备方法，该柔性压电薄膜复合材料由甲胺碘铅和热塑性聚氨酯弹性体通过流延成膜的方法制得。本发明的柔性压电薄膜复合材料通过向甲胺碘铅中掺杂热塑性聚氨酯弹性体，使其在具有较好的压电性能和灵敏度的同时，可在较宽的温域内保持良好的柔性和稳定性，且因热塑性聚氨酯弹性体的掺入，使其具有良好的耐久性和机械性能，从而使得本发明的柔性压电薄膜复合材料可大规模应用于高性能压电发动机的制备。

技术领域

本发明涉及压电材料技术领域，特别涉及一种柔性压电薄膜复合材料及其制备方法。

背景技术

考虑到化石能源资源的枯竭和能源需求的增长，可替代能源的开发已经成为可持续经济增长的必要条件。尽管太阳能、水力和风能等多种形式的自然能源能够缓解能源需求，但这些能源都受到环境因素的严重影响，不适合在室内使用。因此，从人类运动、生物力学、步行、慢跑、风、水流、振动等环境丰富的废弃机械能中回收能量。这一方法有望被用于开发可再生、便携式和可持续能源。人们已经建立了各种各样的方法来获得丰富的机械能量，通过各种各样的力学方法，如压电效应、电磁感应和静电产生。

压电性产生于非中心对称晶体材料中，其代表了材料在外加应力或相反的机械应变作用下，在外加电场作用下产生电能的能力。此后，压电材料被认为是高压电源、传感器、减振器、执行机构、电机等领域的重要功能材料。

目前，压电材料可分为铁电压电材料和非铁电压电材料。铁电压电由于具有较大的压电效应而被广泛应用于各个领域。一般来说，铁电材料具有较大的极化和介电常数，因此，压电效应相对较大。而另一种非铁电压电材料由于其压电系数一般小于10pC/N，开发利用相对较少。其中，压电发电机由于具有直接功率转换的能力，且制造相对容易，受到了广泛的关注。基于各种类型的压电材料，包括半导体、陶瓷材料和聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物，已经开发出许多具有不同结构和功能的压电发电机，用于有效的功率转换。传统上，陶瓷钙钛矿材料(PZT)由于具有高介电性能和压电性能，是将机械能转化为电能的理想材料，具有潜在的压电应用前景。尽管它们的输出电压很高，但是复杂的制造工艺，高温煅烧，无机钙钛矿的脆性和刚性使得它很难与软材料结合，使得材料不适合实际应用。因此，通过低成本、低温合成工艺合成，以及实现具有高柔性、耐用性和可拉伸性，并可大规模应用于高性能压电发动机的压电材料仍然需要研究。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种柔性压电薄膜复合材料，以解决现有压电材料脆性和刚性大的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种柔性压电薄膜复合材料，所述柔性压电薄膜复合材料由甲胺碘铅和热塑性聚氨酯弹性体通过流延成膜的方法制得。

本发明的第二目的在于提供一种制备上述柔性压电薄膜复合材料的方法，该制备方法包括以下步骤：

1)将甲胺碘铅加入至热塑性聚氨酯弹性体溶液中，搅拌，得到反应液A；

2)将所述反应液A加热搅拌，然后，进行常温真空脱气处理，得到柔性压电薄膜原液；

3)将所述柔性压电薄膜原液流延成膜，然后，加热定型，待定型结束后，真空干燥，随后，进行热退火处理，得到柔性压电薄膜复合材料。

可选地，所述步骤1)中所述甲胺碘铅通过以下方法制得：

向氢碘酸中加入甲胺水溶液，冰浴搅拌，然后，旋蒸，抽滤洗涤，重结晶，第一次真空干燥，得到甲基碘化胺；

将所述甲基碘化胺和碘化铅加入至N,N-二甲基甲酰胺中，加热搅拌，然后，第二次真空干燥，得到甲胺碘铅。

可选地，所述甲胺水溶液和所述氢碘酸的摩尔比为1.2∶1；所述甲基碘化胺和所述碘化铅的摩尔比为1∶1。