[发明专利]一种柔性有机-无机复合多孔压电材料、制备方法及应用

说明书

本发明属于功能复合材料技术领域，具体涉及一种柔性有机‑无机复合多孔压电材料，该材料包括10wt%‑80wt%的有机‑无机金属卤化物钙钛矿和20wt%‑90wt%的PVDF。该复合材料是将有机‑无机金属卤化物钙钛矿分散到PVDF中，形成一种柔性有机‑无机复合多孔压电材料。该材料在生物医学、食品加工领域信号监测既对人体直接或间接接触的压电传感器领域应用的潜力巨大。

技术领域

本发明属于功能复合材料技术领域，具体涉及一种柔性有机-无机复合多孔压电材料、制备方法及应用。

背景技术

近年来，有机-无机金属卤化物钙钛矿ABX₃（A=甲胺离子，乙胺离子或双氨基阳离子；X=Cl，Br或I）一系列材料中，CH₃NH₃PbI₃（MAPbI₃，MA=CH₃NH₃）以其优异的光电性能，如可调谐的光学带隙和宽的吸收光谱（300~800nm）、高的光吸收系数、大的载流子扩散长度和高的迁移率，引起了研究者的极大兴趣。在材料制备方面，可以采用低温低成本的溶液法来实现，非常方便。基于上述优点，有机-无机金属卤化物钙钛矿材料在电子器件领域显示出巨大的潜力。特别是，MAPbI₃钙钛矿材料的压电系数高达25pm/V，与传统BaTiO₃（28pm/V）的压电系数相当，表明它们非常适合压电领域。

聚偏氟乙烯，英文名为Poly(vinylidene fluoride)，简写为PVDF，是一种聚合物压电材料。日本学者kawai于1969年，首次报道了有强压电活性的铁电聚合物PVDF，随后研究表明PVDF压电材料具有独特的热电效应和压电效应，是一种新型的高分子多功能材料。PVDF的分子结构相当简单，重复单元是（-CF₂-CH₂-），氟原子和氢原子附着在主碳链上。PVDF表观为半透明或白色的粉体或颗粒，PVDF 中存在着五种晶型，分别为α相、β相、γ相、δ相以及ε相。其中，β相具有较强的压电性。目前关于提高PVDF基薄膜的压电性能的研究很多，最重要的目的是简化工艺、提高薄膜的β相含量。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性有机-无机复合多孔压电材料，该压电材料将有机-无机金属卤化物钙钛矿晶体应用到柔性PVDF压电多孔膜中，压电颗粒在膜内分布均匀，使该压电材料具有更大的应力传递能力，有利于压电性能的发挥。同时，该柔性有机-无机复合多孔压电材料是绿色无毒、无污染、易生物降解的，促进了其推广应用。

本发明的另一目的还提供该柔性有机-无机复合多孔压电材料的制备方法，该制备方法工艺简单，用料环保，易推广应用。

本发明还提供了该柔性有机-无机复合多孔压电材料的应用，该压电材料用于生物医学、食品加工领域信号监测既对人体直接或间接接触的压电传感器领域。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种柔性有机-无机复合多孔压电材料，包括以下质量百分比的组分：有机-无机金属卤化物钙钛矿10-80%，PVDF 20-90%。

上述柔性有机-无机复合多孔压电材料的制备方法为：

将PVDF加入到柠檬酸酯类溶剂中，60-220℃下搅拌，直至PVDF溶解在柠檬酸酯类溶剂中形成PVDF均相溶液，再将有机-无机金属卤化物钙钛矿加入到PVDF均相溶液中，混合均匀，脱泡，再经模具制成特定形状的复合材料，然后将复合材料浸入冷却液中固化成型，再用萃取剂去除其中的溶剂，即得本发明的柔性有机-无机复合多孔压电材料。