[发明专利]一种聚偏氟乙烯复合压电薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于压电材料技术领域，具体涉及一种聚偏氟乙烯复合压电薄膜及其制备方法和应用。本发明提供的聚偏氟乙烯复合压电薄膜，包括聚偏氟乙烯和普鲁士蓝类似物；所述普鲁士蓝类似物为Co₃[Co(CN)₆]₂。本发明提供一种聚偏氟乙烯复合压电薄膜，解决了传统PVDF材料压电性能不足的难题，具有优异的压电性能和较低的成本。实验效果表明，本发明提供的聚偏氟乙烯复合压电薄膜具有良好柔性，与纯PVDF材料相比，剩余极化强度显著增加，极化更为充分，表现出更为优异的铁电性能；与纯PVDF材料相比，压电常数d₃₃显著增高，表现出优异的压电性能。

技术领域

本发明属于压电材料技术领域，具体涉及一种聚偏氟乙烯复合压电薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

聚偏氟乙烯(PVDF)是目前唯一商用化的压电聚合物材料，具有压电性佳、线性好、频带宽、时间稳定性强、价廉、耐磨和质轻等优点，并且具有似人类皮肤的柔软度和人体良好生物相容性，在柔性传感器、换能器等领域有着极广阔的应用。但是，受限于PVDF的较低压电应变系数(如d₃₃，d₃₁)水平，基于PVDF传感器等电子器件的性能仍处于较低水平，制约了其在现代高科技领域的应用范围。因此，如何提高PVDF的压电性能并实现其低成本工业化生产具有重要意义。

中国专利CN108264710A设计了一种通过添加石墨烯增强PVDF-TrFE的压电性能的方法，该复合膜通过加入石墨烯制备薄膜并进行单向拉伸处理，制备出柔性纳米发电机；中国专利CN107955196A公开了一种在PVDF-HFP基体中添加氧化石墨烯提高薄膜压电性能的方法，该方法可提高薄膜的结晶度，制备工艺简单，可进行大规模的薄膜制备。但如何提高PVDF的压电性能并实现其低成本工业化生产仍为目前压电材料领域的一个挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚偏氟乙烯复合压电薄膜，解决了传统PVDF材料压电性能不足的难题，具有优异的压电性能和较低的成本；本发明还提供了一种聚偏氟乙烯复合压电薄膜的制备方法和应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种聚偏氟乙烯复合压电薄膜，包括聚偏氟乙烯和普鲁士蓝类似物；所述普鲁士蓝类似物为Co₃[Co(CN)₆]₂。

优选的，所述聚偏氟乙烯与普鲁士蓝类似物的质量比为1000：(1～30)。

本发明还提供了上述技术方案所述聚偏氟乙烯复合压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将聚偏氟乙烯与普鲁士蓝类似物混合，得到制备料；

将所述制备料依次进行成膜和轧制，得到所述聚偏氟乙烯复合压电薄膜。

优选的，所述聚偏氟乙烯以聚偏氟乙烯溶液的形式加入；所述聚偏氟乙烯溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和/或二甲基亚砜；所述聚偏氟乙烯溶液中聚偏氟乙烯与溶剂的质量比为1：(5～10)。

优选的，所述普鲁士蓝类似物以普鲁士蓝类似物溶液的形式加入；所述普鲁士蓝类似物溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和/或二甲基亚砜；所述普鲁士蓝类似物溶液中普鲁士蓝与溶剂的质量比为(1～15)：5000。

优选的，所述成膜包括依次进行的流延、静置和加热；所述静置的温度为18～25℃，时间为3～5min。

优选的，所述加热的温度为60～90℃，时间为12h。

优选的，所述轧制的温度为40～90℃，轧制的转速为25rpm。

优选的，所述轧制前薄膜厚度为20～40μm；所述轧制后的薄膜厚度为轧制前薄膜厚度的1/3～1/5。