一种复合压电薄膜的制备方法与流程

1.本发明属于复合新材料技术领域，尤其涉及一种复合压电薄膜的制备方法。


背景技术：

2.压电薄膜很薄，质轻，非常柔软，可以无源工作，因此可以广泛应用于医用传感器，尤其是需要探测细微的信号时。显然，该材料的特点在供电受限的情况下尤为突出。而且压电薄膜极其耐用，可以经受数百万次的弯曲和振动。
3.现有技术中公开了部分复合新材料技术领域的发明专利，其中申请号为cn202010553392.x的发明专利，公开了一种压电薄膜高温极化方法，该专利所解决的技术问题是目前面向高性能生表面波滤波器应用的异质复合衬底采用离子束剥离技术制备，制备的薄膜存在大量的注入缺陷因此压电薄膜多畴化。为了恢复缺陷，通常采用高温退火的方式进行缺陷恢复，然而压电材料的矫顽电场随着温度的升高而降低，极易在退火过程中因扰乱电场的存在产生多压电畴。此外，传统的极化方法容易引入空气击穿或电极接触点极化不均匀等问题，现有技术中的具有防击穿效果的压电薄膜的极化方法仍存有一些不足之处，极化电压偏低时，压电薄膜的压电应变常数将会降低，伴随着压电薄膜的灵敏度也会被削弱，极化电压偏高时，压电薄膜容易被击穿。
4.基于此，本发明设计了一种复合压电薄膜的制备方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于：为了解决现有技术中的具有防击穿效果的压电薄膜的极化方法仍存有一些不足之处，极化电压偏低时，压电薄膜的压电应变常数将会降低，伴随着压电薄膜的灵敏度也会被削弱，极化电压偏高时，压电薄膜容易被击穿的问题，而提出的一种复合压电薄膜的制备方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种复合压电薄膜的制备方法，所述压电薄膜的极化方法包括以下步骤：s1：以碳酸钡微粉和二氧化钛微粉为原材料，制取粉末混合物；s2：将粉末混合物、聚偏氟乙烯和多壁碳纳米管溶解于良性溶剂中，成膜后获得压电薄膜；s3：在压电薄膜上施加极化电场，最后对极化后的压电薄膜进行表面处理。
7.作为上述技术方案的进一步描述：所述粉末混合物的制取包括以下步骤：将碳酸钡微粉和二氧化钛微粉混合形成的微粉混合物投放到微粉球磨机中进行球磨处理；微粉混合物在微粉球磨机内完成球磨处理后，依次进行真空干燥处理和研磨处理；将经研磨处理后的微粉混合物采用固相反应法在1040-1060℃的真空环境中煅烧
3.5-4.5h制备粉末，获得粉末混合物。
8.作为上述技术方案的进一步描述：所述粉末混合物中碳酸钡微粉和二氧化钛微粉的摩尔比为1:1，所述碳酸钙微粉和二氧化钛微粉的纯度均高达99.1%，所述微粉球磨机中的球磨介质为乙醇。
9.作为上述技术方案的进一步描述：所述压电薄膜的制备包括以下步骤：将粉末混合物、聚偏氟乙烯和多壁碳纳米管溶解于良性溶剂中，水浴加热搅拌混合处理；待良性溶剂完全溶解后依次进行静置和脱泡工序，获得混合粘稠液；将获取的混合粘稠液连同硅基底共同在匀胶平台上以950-1050r/min的转速旋转1min，重复操作，直至混合粘稠液中多余的液体在离心力的作用下被甩出；取离心纯化后的混合粘稠液倾倒在玻璃面板上，然后将混合粘稠液平铺在玻璃面板上；将平铺有混合粘稠液的玻璃面板投放到干燥箱中加热干燥处理，使溶剂完全蒸发，最终成膜，剥下后获得压电薄膜。
10.作为上述技术方案的进一步描述：所述干燥箱内部的温度设定为80℃，所述玻璃面板在干燥箱内干燥的过程中处于一个半封闭的环境状态下。
11.作为上述技术方案的进一步描述：所述粉末混合物、聚偏氟乙烯和多壁碳纳米管溶解于良性溶剂中，聚偏氟乙烯的体积掺量为50%，多壁碳纳米管的掺量为1.2%。
12.作为上述技术方案的进一步描述：所述多壁碳纳米管在溶解于良性溶剂之前需进行预处理，所述多壁碳纳米管的预处理方法包括以下步骤：将高纯度氨水和过氧化氢溶液注入到装配有磁搅拌机构的化合反应釜中；称取适量的多壁碳纳米管投放到装配有磁搅拌机构的化合反应釜中，在高速磁力搅拌的环境下混合48h；随后先进行抽滤处理，紧接着使用蒸馏水反复冲洗；将冲洗后的多壁碳纳米管投放到真空干燥箱内干燥处理，最后将干燥后的多壁碳纳米管转移至研磨机中研磨成粉末，获得预处理后的粉末多壁碳纳米管。
13.作为上述技术方案的进一步描述：所述高纯度氨水和过氧化氢溶液搅拌混合后ph值为11，所述蒸馏水反复冲洗直至ph值为7。
14.作为上述技术方案的进一步描述：所述在压电薄膜上施加极化电场的过程中压电薄膜处于硅油中，所述极化时间为25-35min，所述极化电压为5-15kv/mm。
15.作为上述技术方案的进一步描述：所述对极化后的压电薄膜进行表面处理为去除压电薄膜表面金属。
16.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中，将获取的混合粘稠液连同硅基底共同在匀胶平台上以950-1050r/min的转速旋转1min，重复操作，直至混合粘稠液中多余的液体在离心力的作用下被甩出，利用旋涂技术，在粉末混合物中加入聚偏氟乙烯和多壁碳纳米管，接着溶解于良性溶剂所形成的混合粘稠液，并将混合粘稠液均匀涂在洁净的玻璃面板上进行旋涂处理，加热固化后形成压电薄膜，将具有超高导电性的多壁碳纳米管与压电材料粉末混合物以及聚偏氟乙烯复合于良性溶剂中，制备出了具有优异导电性能的压电薄膜，并在硅油中对压电薄膜进行极化处理，进一步优化了压电复合薄膜的极化工艺，提高了压电薄膜的压电性能，有利于得到具有最佳导电率的压电薄膜。
附图说明
17.图1为本发明提出的一种复合压电薄膜的制备方法的流程图；图2为本发明提出的一种复合压电薄膜的制备方法中压电薄膜制备的流程图；图3为本发明提出的一种复合压电薄膜的制备方法中粉末混合物制取的流程图；图4为本发明提出的一种复合压电薄膜的制备方法中多壁碳纳米管预处理的流程图；图5为本发明提出的一种复合压电薄膜的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
19.实施例一所述压电薄膜的极化方法包括以下步骤：s1：将碳酸钡微粉和二氧化钛微粉混合形成的微粉混合物投放到微粉球磨机中进行球磨处理，所述粉末混合物中碳酸钡微粉和二氧化钛微粉的摩尔比为1:1，所述碳酸钙微粉和二氧化钛微粉的纯度均高达99.1%，所述微粉球磨机中的球磨介质为乙醇；微粉混合物在微粉球磨机内完成球磨处理后，依次进行真空干燥处理和研磨处理；将经研磨处理后的微粉混合物采用固相反应法在1040℃的真空环境中煅烧3.5h制备粉末，获得粉末混合物；s2：所述多壁碳纳米管的预处理方法包括以下步骤：将高纯度氨水和过氧化氢溶液注入到装配有磁搅拌机构的化合反应釜中，所述高纯度氨水和过氧化氢溶液搅拌混合后ph值为11，所述蒸馏水反复冲洗直至ph值为7；称取适量的多壁碳纳米管投放到装配有磁搅拌机构的化合反应釜中，在高速磁力搅拌的环境下混合48h；随后先进行抽滤处理，紧接着使用蒸馏水反复冲洗；将冲洗后的多壁碳纳米管投放到真空干燥箱内干燥处理，最后将干燥后的多壁碳纳米管转移至研磨机中研磨成粉末，获得预处理后的粉末多壁碳纳米管；
将粉末混合物、聚偏氟乙烯和多壁碳纳米管溶解于良性溶剂中，水浴加热搅拌混合处理；待良性溶剂完全溶解后依次进行静置和脱泡工序，获得混合粘稠液；将获取的混合粘稠液连同硅基底共同在匀胶平台上以950r/min的转速旋转1min，重复操作，直至混合粘稠液中多余的液体在离心力的作用下被甩出；取离心纯化后的混合粘稠液倾倒在玻璃面板上，然后将混合粘稠液平铺在玻璃面板上；将平铺有混合粘稠液的玻璃面板投放到干燥箱中加热干燥处理，使溶剂完全蒸发，最终成膜，剥下后获得压电薄膜，干燥箱内部的温度设定为80℃，所述玻璃面板在干燥箱内干燥的过程中处于一个半封闭的环境状态下，所述粉末混合物、聚偏氟乙烯和多壁碳纳米管溶解于良性溶剂中，聚偏氟乙烯的体积掺量为50%，多壁碳纳米管的掺量为1.2%。实施例二所述压电薄膜的极化方法包括以下步骤：s1：将碳酸钡微粉和二氧化钛微粉混合形成的微粉混合物投放到微粉球磨机中进行球磨处理，所述粉末混合物中碳酸钡微粉和二氧化钛微粉的摩尔比为1:1，所述碳酸钙微粉和二氧化钛微粉的纯度均高达99.1%，所述微粉球磨机中的球磨介质为乙醇；微粉混合物在微粉球磨机内完成球磨处理后，依次进行真空干燥处理和研磨处理；将经研磨处理后的微粉混合物采用固相反应法在1060℃的真空环境中煅烧4.5h制备粉末，获得粉末混合物；s2：所述多壁碳纳米管的预处理方法包括以下步骤：将高纯度氨水和过氧化氢溶液注入到装配有磁搅拌机构的化合反应釜中，所述高纯度氨水和过氧化氢溶液搅拌混合后ph值为11，所述蒸馏水反复冲洗直至ph值为7；称取适量的多壁碳纳米管投放到装配有磁搅拌机构的化合反应釜中，在高速磁力搅拌的环境下混合48h；随后先进行抽滤处理，紧接着使用蒸馏水反复冲洗；将冲洗后的多壁碳纳米管投放到真空干燥箱内干燥处理，最后将干燥后的多壁碳纳米管转移至研磨机中研磨成粉末，获得预处理后的粉末多壁碳纳米管；将粉末混合物、聚偏氟乙烯和多壁碳纳米管溶解于良性溶剂中，水浴加热搅拌混合处理；待良性溶剂完全溶解后依次进行静置和脱泡工序，获得混合粘稠液；将获取的混合粘稠液连同硅基底共同在匀胶平台上以1050r/min的转速旋转1min，重复操作，直至混合粘稠液中多余的液体在离心力的作用下被甩出；取离心纯化后的混合粘稠液倾倒在玻璃面板上，然后将混合粘稠液平铺在玻璃面板上；将平铺有混合粘稠液的玻璃面板投放到干燥箱中加热干燥处理，使溶剂完全蒸发，最终成膜，剥下后获得压电薄膜，干燥箱内部的温度设定为80℃，所述玻璃面板在干燥箱内干燥的过程中处于一个半封闭的环境状态下，所述粉末混合物、聚偏氟乙烯和多壁碳纳米管溶解于良性溶剂中，聚偏氟乙烯的体积掺量为50%，多壁碳纳米管的掺量为1.2%；
s3：在压电薄膜上施加极化电场，所述在压电薄膜上施加极化电场的过程中压电薄膜处于硅油中，所述极化时间为35min，所述极化电压为15kv/mm，最后对极化后的压电薄膜进行表面处理，所述对极化后的压电薄膜进行表面处理为去除压电薄膜表面金属。
20.实施例三所述压电薄膜的极化方法包括以下步骤：s1：将碳酸钡微粉和二氧化钛微粉混合形成的微粉混合物投放到微粉球磨机中进行球磨处理，所述粉末混合物中碳酸钡微粉和二氧化钛微粉的摩尔比为1:1，所述碳酸钙微粉和二氧化钛微粉的纯度均高达99.1%，所述微粉球磨机中的球磨介质为乙醇；微粉混合物在微粉球磨机内完成球磨处理后，依次进行真空干燥处理和研磨处理；将经研磨处理后的微粉混合物采用固相反应法在1050℃的真空环境中煅烧4h制备粉末，获得粉末混合物；s2：所述多壁碳纳米管的预处理方法包括以下步骤：将高纯度氨水和过氧化氢溶液注入到装配有磁搅拌机构的化合反应釜中，所述高纯度氨水和过氧化氢溶液搅拌混合后ph值为11，所述蒸馏水反复冲洗直至ph值为7；称取适量的多壁碳纳米管投放到装配有磁搅拌机构的化合反应釜中，在高速磁力搅拌的环境下混合48h；随后先进行抽滤处理，紧接着使用蒸馏水反复冲洗；将冲洗后的多壁碳纳米管投放到真空干燥箱内干燥处理，最后将干燥后的多壁碳纳米管转移至研磨机中研磨成粉末，获得预处理后的粉末多壁碳纳米管；将粉末混合物、聚偏氟乙烯和多壁碳纳米管溶解于良性溶剂中，水浴加热搅拌混合处理；待良性溶剂完全溶解后依次进行静置和脱泡工序，获得混合粘稠液；将获取的混合粘稠液连同硅基底共同在匀胶平台上以1000r/min的转速旋转1min，重复操作，直至混合粘稠液中多余的液体在离心力的作用下被甩出；取离心纯化后的混合粘稠液倾倒在玻璃面板上，然后将混合粘稠液平铺在玻璃面板上；将平铺有混合粘稠液的玻璃面板投放到干燥箱中加热干燥处理，使溶剂完全蒸发，最终成膜，剥下后获得压电薄膜，干燥箱内部的温度设定为80℃，所述玻璃面板在干燥箱内干燥的过程中处于一个半封闭的环境状态下，所述粉末混合物、聚偏氟乙烯和多壁碳纳米管溶解于良性溶剂中，聚偏氟乙烯的体积掺量为50%，多壁碳纳米管的掺量为1.2%；s3：在压电薄膜上施加极化电场，所述在压电薄膜上施加极化电场的过程中压电薄膜处于硅油中，所述极化时间为30min，所述极化电压为10kv/mm，最后对极化后的压电薄膜进行表面处理，所述对极化后的压电薄膜进行表面处理为去除压电薄膜表面金属。
21.实施例四：所述压电薄膜的极化方法包括以下步骤：s1：将碳酸钡微粉和二氧化钛微粉混合形成的微粉混合物投放到微粉球磨机中进行球磨处理，所述粉末混合物中碳酸钡微粉和二氧化钛微粉的摩尔比为1:1，所述碳酸钙微粉和二氧化钛微粉的纯度均高达99.1%，所述微粉球磨机中的球磨介质为乙醇；
微粉混合物在微粉球磨机内完成球磨处理后，依次进行真空干燥处理和研磨处理；将经研磨处理后的微粉混合物采用固相反应法在1000℃的真空环境中煅烧3h制备粉末，获得粉末混合物；s2：所述多壁碳纳米管的预处理方法包括以下步骤：将高纯度氨水和过氧化氢溶液注入到装配有磁搅拌机构的化合反应釜中，所述高纯度氨水和过氧化氢溶液搅拌混合后ph值为11，所述蒸馏水反复冲洗直至ph值为7；称取适量的多壁碳纳米管投放到装配有磁搅拌机构的化合反应釜中，在高速磁力搅拌的环境下混合48h；随后先进行抽滤处理，紧接着使用蒸馏水反复冲洗；将冲洗后的多壁碳纳米管投放到真空干燥箱内干燥处理，最后将干燥后的多壁碳纳米管转移至研磨机中研磨成粉末，获得预处理后的粉末多壁碳纳米管；将粉末混合物、聚偏氟乙烯和多壁碳纳米管溶解于良性溶剂中，水浴加热搅拌混合处理；待良性溶剂完全溶解后依次进行静置和脱泡工序，获得混合粘稠液；将获取的混合粘稠液连同硅基底共同在匀胶平台上以900r/min的转速旋转1min，重复操作，直至混合粘稠液中多余的液体在离心力的作用下被甩出；取离心纯化后的混合粘稠液倾倒在玻璃面板上，然后将混合粘稠液平铺在玻璃面板上；将平铺有混合粘稠液的玻璃面板投放到干燥箱中加热干燥处理，使溶剂完全蒸发，最终成膜，剥下后获得压电薄膜，干燥箱内部的温度设定为80℃，所述玻璃面板在干燥箱内干燥的过程中处于一个半封闭的环境状态下，所述粉末混合物、聚偏氟乙烯和多壁碳纳米管溶解于良性溶剂中，聚偏氟乙烯的体积掺量为50%，多壁碳纳米管的掺量为1.2%；s3：在压电薄膜上施加极化电场，所述在压电薄膜上施加极化电场的过程中压电薄膜处于硅油中，所述极化时间为20min，所述极化电压为1kv/mm，最后对极化后的压电薄膜进行表面处理，所述对极化后的压电薄膜进行表面处理为去除压电薄膜表面金属。
22.实施例五所述压电薄膜的极化方法包括以下步骤：s1：将碳酸钡微粉和二氧化钛微粉混合形成的微粉混合物投放到微粉球磨机中进行球磨处理，所述粉末混合物中碳酸钡微粉和二氧化钛微粉的摩尔比为1:1，所述碳酸钙微粉和二氧化钛微粉的纯度均高达99.1%，所述微粉球磨机中的球磨介质为乙醇；微粉混合物在微粉球磨机内完成球磨处理后，依次进行真空干燥处理和研磨处理；将经研磨处理后的微粉混合物采用固相反应法在1010℃的真空环境中煅烧6h制备粉末，获得粉末混合物；s2：所述多壁碳纳米管的预处理方法包括以下步骤：将高纯度氨水和过氧化氢溶液注入到装配有磁搅拌机构的化合反应釜中，所述高纯度氨水和过氧化氢溶液搅拌混合后ph值为11，所述蒸馏水反复冲洗直至ph值为7；称取适量的多壁碳纳米管投放到装配有磁搅拌机构的化合反应釜中，在高速磁力
搅拌的环境下混合48h；随后先进行抽滤处理，紧接着使用蒸馏水反复冲洗；将冲洗后的多壁碳纳米管投放到真空干燥箱内干燥处理，最后将干燥后的多壁碳纳米管转移至研磨机中研磨成粉末，获得预处理后的粉末多壁碳纳米管；将粉末混合物、聚偏氟乙烯和多壁碳纳米管溶解于良性溶剂中，水浴加热搅拌混合处理；待良性溶剂完全溶解后依次进行静置和脱泡工序，获得混合粘稠液；将获取的混合粘稠液连同硅基底共同在匀胶平台上以1040r/min的转速旋转1min，重复操作，直至混合粘稠液中多余的液体在离心力的作用下被甩出；取离心纯化后的混合粘稠液倾倒在玻璃面板上，然后将混合粘稠液平铺在玻璃面板上；将平铺有混合粘稠液的玻璃面板投放到干燥箱中加热干燥处理，使溶剂完全蒸发，最终成膜，剥下后获得压电薄膜，干燥箱内部的温度设定为80℃，所述玻璃面板在干燥箱内干燥的过程中处于一个半封闭的环境状态下，所述粉末混合物、聚偏氟乙烯和多壁碳纳米管溶解于良性溶剂中，聚偏氟乙烯的体积掺量为50%，多壁碳纳米管的掺量为1.5%；s3：在压电薄膜上施加极化电场，所述在压电薄膜上施加极化电场的过程中压电薄膜处于硅油中，所述极化时间为35min，所述极化电压为15kv/mm，最后对极化后的压电薄膜进行表面处理，所述对极化后的压电薄膜进行表面处理为去除压电薄膜表面金属。
23.最佳极化时间为30min，最佳极化电压为10kv/mm。
24.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。