[发明专利]一种柔性压电复合材料、柔性压电器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性压电复合材料、柔性压电器件及其制备方法，所述柔性压电复合材料的制备方法，包括：(1)将PVDF基聚合物、二维片层结构的Ti₃C₂T_x材料、有机溶剂三者形成分散液，其中，PVDF基聚合物溶于有机溶剂得到PVDF基聚合物溶液，Ti₃C₂T_x材料均匀分散在PVDF基聚合物溶液中，PVDF基聚合物溶液中，PVDF基聚合物浓度为1‑25wt％，分散液中，Ti₃C₂T_x材料相对于PVDF基聚合物的质量分数为0.001％～10％；(2)将分散液涂覆在基板上并使有机溶剂挥发后得到薄膜；(3)在极化场强≤150MV/m的高压电场下极化薄膜得到柔性压电复合材料薄膜，其具有较高含量的β相，压电性能有显著提高。

技术领域

本发明涉及压电材料，特别是涉及一种柔性压电复合材料、柔性压电器件及其制备方法。

背景技术

近些年来，可穿戴电子设备迎来了飞速发展。柔性可穿戴压力传感器作为人机交互中最重要的一环受到了人们的密切关注，其被广泛应用于脉搏测量、心率监控、触摸反馈等领域。聚偏二氟乙烯(poly(vinylidene fluoride)，PVDF)及其共聚物一方面具有柔性、贴合性、良好的生物相容性、化学惰性以及灵敏度高等优点；另一方面这种自驱动形式的压电传感器不需要外部电源供电，所以PVDF及其共聚物是制作可穿戴压力传感器最理想的材料。但是PVDF是一种典型的多晶型聚合物，包含α，β，γ，δ，ε五种晶型，只有β和γ晶型具有压电性能，在PVDF及其共聚物的初结晶薄膜中，非压电性的α晶相是主要成分，PVDF中β相含量低的问题在一定程度上限制了其在可穿戴电子领域的应用。因此为了提高PVDF及其共聚物的压电效应，需要改变材料内部的分子结构，将α相尽可能的都转化为β相。

在PVDF薄膜制备的过程中往往采用电晕极化、热极化等方式将α相转变为β相，其它的还包括机械拉伸、热处理等后处理方式，但是这些处理方式所能达到的效果有限。

发明内容

为了弥补上述现有技术的不足，本发明提出一种柔性压电复合材料、柔性压电器件及其制备方法。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种柔性压电复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将PVDF基聚合物、二维片层结构的Ti₃C₂T_x材料、有机溶剂三者形成分散液，其中，所述PVDF基聚合物溶于有机溶剂得到PVDF基聚合物溶液，所述Ti₃C₂T_x材料均匀分散在PVDF基聚合物溶液中，在所述PVDF基聚合物溶液中，PVDF基聚合物的质量浓度为1-25％，在所述分散液中，所述Ti₃C₂T_x材料相对于所述PVDF基聚合物的质量分数为0.001％～10％；

(2)将所述分散液涂覆在基板上并使所述有机溶剂挥发后得到薄膜；

(3)将所述薄膜在极化场强≤150MV/m的高压电场下进行极化得到PVDF基/Ti₃C₂Tx柔性压电复合材料薄膜。

优选地，所述PVDF基聚合物包括PVDF和PVDF基共聚物中的至少一种，所述PVDF基共聚物包括P(VDF-TrFE)、PVDF-HFP、P(VDF-CTFE)、P(VDF-TrFE-CTFE)。

优选地，所述有机溶剂为极性溶剂，包括二甲基乙酰胺、N,N二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、二乙基乙酰胺、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、丙酮、六甲基磷酸铵、氯仿、丙烯碳酸酯中的至少一种。