[发明专利]一种有机压电复合物材料及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种有机压电复合物材料及其制备和应用，该材料由缺电子受体氮杂芴类衍生物a：9‑(二氰基亚甲基)‑9H‑茚并[1,2‑b]吡嗪‑2,3‑二甲腈和富电子给体衍生物b：7H‑二苯并[c,g]咔唑混合制成；整体制备过程简单，易于实现量化生产。以该有机压电复合材料为基础制备出的水平电极压电器件，压电输出电压达200mV左右，短路电流达5nA左右；与PDMS复合得到的自供电压电‑摩擦电复合器件能够有效感应外界压力，并将机械能有效转化成电能，摩擦电输出电压达60V左右，短路电流在1.5μA左右。

技术领域

本发明属于有机压电材料技术领域，具体涉及一种有机压电复合物材料及其制备和应用。

背景技术

压电效应是介电体在机械力作用下发生形变，使介电体内部正负电荷中心相对位移而发生极化，在晶体电极的表面积累符号相反的束缚电荷的现象。这种由机械能转换成电能的现象，称之为正压电效应。反之，由电能转换成机械能的现象，称之为逆压电效应。如果一种中心对称的介电体受到压力作用，介电体的内部会发生均匀形变。此时，外力作用不能破坏正负电荷中心对称的排列方式，即外力作用不能使中心对称的介电体的正负电荷中心发生不对称的相对位移，也就无法极化。所以，中心对称的介电体不会产生压电效应，能够产生压电效应的材料一般是非中心对称的材料。

摩擦电效应是利用不同物质的原子束缚电子的本领不同。两个物体相互摩擦时，哪个物体的原子核束缚电子的本领弱，它的一些电子就会转移到另一个物体上；失去电子的物体因缺少电子而带正电，得到电子的物体因为有了多余电子而带等量的负电。摩擦起电并不是创造了电荷，只是将正负电荷分开，自由电荷从一个物体转移到另一个物体，利用静电感应来收集能量。

传统的压电材料有陶瓷、石英晶体、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛、铌酸锂、钽酸锂、PVDF等。传统的摩擦电材料有聚四氟乙烯，聚氯乙烯，聚乙烯，聚酯和聚氨酯等。这些材料被广泛应用于换能器、驱动器、传感器、滤波器、变压器等领域。

然而，这些这些材料往往只能实现单一的机制，检测参数和检测灵敏度有限。例如，传统的摩擦电式或压电式传感器只能检测应变或压力。为了满足不同应用的需要，急需开发一种新型的具有多参数敏感检测能力的多功能材料是迫切需要的。

中国专利CN112724090A公开一种缺电子氮杂芴类有机异质结材料及其制备方法和应用，所公开的材料包括两种活性组分，即缺电子氮杂芴类衍生物和富电子共轭芳烃类化合物，所公开的通式包含了一个较大的保护范围，但结合实施例部分内容看，仅有部分结构下的复合物体具备优良的载流子传输性能，并具备开关比高，导电性好，量子效率和光电转换效率高的优势，可用作有机异质结材料，在一定程度上拓宽了缺电子氮杂芴类有机异质结材料的应用范围，但是还鲜有将缺电子的氮杂芴类化合物与富电子的给体衍生物结合以应用在压电-摩擦电材料领域的公开报道，因而进一步深入设计、研究出新型的缺电子氮杂芴类衍生物与富电子给体衍生物结合的有机复合物压电材料仍是具有重要应用价值的，有望进一步拓展该类材料的应用范围，也能为新型有机功能材料的研发提供新的研究思路。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，公开一种有机压电复合物材料及其制备和应用，该材料的压电转化效应明显，且可用作压电-摩擦电复合自供电能源器件的功能层，具有柔性、不含铅、不含氟、制备方法简单、制备条件温和、且制备成本低的优点，具有极大的应用潜力。

1.本发明的技术方案为：一种有机压电复合物材料，该材料主要包括两种活性组分，即缺电子受体氮杂芴类衍生物a：9-(二氰基亚甲基)-9H-茚并[1,2-b]吡嗪-2,3-二甲腈和富电子给体衍生物b：7H-二苯并[c,g]咔唑，两种活性组分的结构式如下：

上述有机压电复合物材料的制备方法包括如下步骤：

(1)将缺电子受体氮杂芴类衍生物a和富电子给体衍生物b分别溶于有机溶剂中；