[发明专利]一种提高聚合物材料挠曲电响应的方法

说明书

本发明提供了一种提高聚合物挠曲电压电薄膜材料挠曲电响应的设计和制备方法，包括以下步骤：对非平面的聚合物薄膜施压，使聚合物薄膜产生大位移形变和皱褶,得到高的应变梯度和挠曲电响应。由于聚合物材料密度低，柔性好，适用于器件应用。而且聚合物力学可靠性好，不易发生破裂，因此，本发明通过对非平面的聚合物薄膜施压，使得聚合物材料薄膜产生褶皱和由此导致的不均匀应变，从而产生挠曲电电场。这种方法可以在任何聚合物材料中得到挠曲电信号。本发明中不需要任何组分为压电材料，并且不需要对材料进行极化，材料的使用温度范围不受退极化温度的影响，方法简单。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种提高聚合物材料挠曲电响应的方法。

背景技术

挠曲电效应作为一种机电耦合效应它的应用得到了广泛的关注。挠曲电效应的定义为一种材料在存在应变梯度下的极化响应(正挠曲电效应)，或者在存在电场梯度情况下的应力响应(逆挠曲电效应)。近年来，人们对于挠曲电的应用做了很多基础和器件应用研究，比如信息储存器和挠曲电压电复合材料。值得注意的是它不同于压电效应，它是一种普遍的效应，对材料的晶体对称性无特别的要求，存在于所有的介电材料中，这大大拓宽了对于材料的选择性。而且，对于压电陶瓷和聚合物材料，往往需要额外的极化过程才能使材料具备实用性。

人们通过设计特殊的结构和施加作用力的方式，在材料中产生应变梯度或者电场梯度，制备了一系列基于挠曲电效应的器件。比如，通过挤压一种非对称的截角金字塔能够得到约6pC/N的挠曲电响应。这种设计的关键在于要使材料所承受的力或电信号转化为相应的梯度，并且要能使材料的挠曲电响应尽可能的大，即使材料的挠曲电响应转化为压电响应的效率尽可能的高。通过对长条状和圆筒状物体的弯曲能够获得大于1000pC/N的挠曲电响应。在这些研究中的研究对象主要是铁电陶瓷和圆筒物体，因为无机材料的挠曲电系数远远大于聚合物材料的挠曲电系数，但是无机材料往往比较脆而且密度大。这些性能限制了他们的实际应用。聚合物材料柔韧性好，不容易断裂。但是低的挠曲电系数限制了聚合物的实际应用。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种提高聚合物材料挠曲电响应的方法，本发明提供的方法简单，可以提高聚合物材料的挠曲电响应性能。

本发明提供了一种提高挠曲电压电聚合物材料挠曲电响应的方法，包括以下步骤：

对非平面的聚合物薄膜施压，使聚合物薄膜产生大位移形变。

优选的，包括以下步骤：

A)在所述非平面的聚合物薄膜的上下表面分别制备导电电极；

B)在所述非平面的聚合物薄膜的上下表面分别设置金属板；

C)通过对金属板施压，使聚合物薄膜产生皱褶和大位移形变，输出挠曲电信号。

优选的，所述聚合物薄膜选自高介电性能的铁电聚合物材料薄膜。

优选的，所述高介电性能的铁电聚合物材料薄膜选自聚偏氟乙烯及其共聚物和三聚物中的一种，尼龙或聚乳酸。

优选的，所述非平面的聚合物薄膜为拱形和立体三角形薄膜。

优选的，所述拱形薄膜的厚度为0.001～100μm，所述拱形薄膜的高度为0.001～10.0mm，所述拱形薄膜的曲率半径为0.0001～1000mm；所述立体三角形薄膜的厚度0.001～100μm，所述立体三角形薄膜的高度为0.1～3.0mm。

优选的，所述导电电极选自银，金或铝电极。

优选的，所述金属板选自不锈钢板，铝板或铜板。

优选的，所述施压的压力为0.1～10N。