压电层的制备方法及超声波生物识别装置和电子设备与流程

本发明涉及触摸显示屏领域，特别涉及一种压电层的制备方法及超声波生物识别装置和电子设备。

背景技术：

超声波指纹识别技术能够通过超声波对指纹进行扫描，与传统的指纹识别方式相比，超声波指纹识别可以对指纹进行更深入的分析，即便手指表面沾有污垢亦无碍超声波采样，甚至还能渗透到皮肤表面之下识别出指纹独特的3d特征。即使在手上有水、汗液等情况下，依然能够准确的识别。然而，目前的超声波指纹制备装置的压电层发出的超声波不够均匀，而导致其成像后的影像不清晰。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种压电层的制备方法，该方法制备出的压电层能够使超声波生物识别装置成像后的影像较为清晰。

此外，还提供一种超声波生物识别装置和电子设备。

一种压电层的制备方法，包括如下步骤：

将压电材料和溶剂混合得到浆料，所述压电材料和所述溶剂的质量比为x:(1-x)，0＜x≤0.2，所述溶剂包括第一有机物和第二有机物，所述第一有机物为甲乙酮，所述第二有机物选自二甲基乙酰胺及丙二醇甲醚醋酸酯中的一种；

将所述浆料涂覆在一基板上，再经干燥，得到压电坯体层；及

将形成有所述压电坯体层的所述基板退火处理，再经极化，形成压电层。

上述压电层的制备方法通过控制压电材料和溶剂为上述比例共同制备成浆料，并使用甲乙酮作为溶剂中的第一有机物，使用二甲基乙酰胺及丙二醇甲醚醋酸酯中的一种作为溶剂中的第二有机物，再将浆料涂覆在基板上依次经干燥、退火和极化处理后得到压电层，能够使压电层具有较为均匀的厚度，从而使得压电层能够发射出强度较强且较为一致的超声波，有利于提高超声波生物识别装置成像后的影像较为清晰。

在其中一个实施例中，所述第二有机物为二甲基乙酰胺，所述第一有机物与所述第二有机物的质量百分比为15％～35％:85％～65％。该比例的甲乙酮和二甲基乙酰胺组成的溶剂能够使压电层的厚度较为均匀，从而使得压电层能够发射出强度较强且较为一致的超声波，有利于提高超声波生物识别装置成像后的影像较为清晰，且保证影像不会发生反转。

在其中一个实施例中，所述第二有机物为丙二醇甲醚醋酸酯，所述第一有机物与所述第二有机物的质量百分比为40％～60％:60％～40％。该比例的甲乙酮和丙二醇甲醚醋酸酯组成的溶剂能够使压电层的厚度较为均匀，从而使得压电层能够发射出强度较强且较为一致的超声波，有利于提高超声波生物识别装置成像后影像较为清晰，且保证影像不会发生反转。

在其中一个实施例中，所述将压电材料和溶剂混合得到浆料的步骤具体为：在50℃～80℃和持续搅拌的条件下，将所述压电材料加入到所述溶剂中，继续搅拌直至粘度为900厘泊～1200厘泊，得到所述浆料。通过在50℃～80℃和持续搅拌的条件下将压电材料加入到溶剂中，有利于压电材料的溶解，和使压电材料均匀地分散在溶剂中，搅拌至粘度为900厘泊～1200厘泊，以使浆料具有较为合适的粘度，以便于涂覆到基板上形成合适厚度、且较为平整的压电坯体层。

在其中一个实施例中，所述将所述浆料涂覆在基板上的步骤之前，还包括将所述浆料过180目筛～250目筛的步骤。通过对浆料过180目筛～250目筛的目的是使浆料具有合适的粒度，进一步提高压电层的均匀性。

在其中一个实施例中，所述干燥的步骤具体为：在60℃～80℃下干燥0.5小时～2小时。在该温度下进行干燥，以便于压电坯体层具有一个较为合适的含水率，以利于在后续退火过程中形成较为致密的压电层。

在其中一个实施例中，所述退火处理的步骤具体为：在135℃～145℃下保温3小时～6小时。该温度下退火处理能够是上述材质的溶剂挥发，并形成致密的压电层，以使压电层具有较好的压电性能。

在其中一个实施例中，所述压电材料为聚偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物。该压电材料与上述溶剂共同制备压电层，有利于获得厚度较为均匀的压电层；且该压电材料形成的压电层具有较好的压电性能。

一种超声波生物识别装置，包括薄膜晶体管和层叠在所述薄膜晶体管上的压电层，所述压电层采用上述压电层的制备方法制备得到，所述薄膜晶体管为所述基板。由于该超声波生物识别装置的压电层采用上述方法制备得到，使得该超声波生物识别装置成像后的影像较为清晰，有利于提高超声波生物识别装置识别的精准性。

一种电子设备，包括上述超声波生物识别装置。该电子设备的识别功能更加的精准。

附图说明

图1为一实施方式的压电层的制备方法的流程图；

图2为实施例1的压电层的位置与厚度的关系曲线图；

图3为实施例4的压电层的位置与厚度的关系曲线图；

图4为实施例7的压电层的位置与厚度的关系曲线图；

图5为实施例8的压电层的位置与厚度的关系曲线图；

图6为实施例9的压电层的位置与厚度的关系曲线图；

图7为实施例10的压电层的位置与厚度的关系曲线图；

图8为实施例11的压电层的位置与厚度的关系曲线图；

图9为实施例12的压电层的位置与厚度的关系曲线图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1所示，一实施方式的压电层的制备方法，该方法制备的压电层能够应用于超声波生物识别装置中，该压电层的制备方法包括如下步骤：

步骤s110：将压电材料和溶剂混合得到浆料。

压电材料和溶剂的质量比为x:(1-x)，0＜x≤0.2。在本实施方式中，压电材料为聚偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物[p(vdf-trfe)]；更具体地，聚偏氟乙烯和三氟乙烯的摩尔比为80:20。

需要说明的是，聚偏氟乙烯和三氟乙烯的摩尔比不限于为80:20，例如，聚偏氟乙烯和三氟乙烯的摩尔比为60:40、70:30或90:10；压电材料不限于为也不限于为聚偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物，例如压电材料还可以选自聚偏二氯乙烯(pvdc)的均聚物、聚偏二氯乙烯的共聚物、聚四氟乙烯的均聚物、聚四氟乙烯的共聚物、二异丙胺溴化物(dtpab)及聚偏氟乙烯中的一种。

溶剂包括第一有机物和第二有机物，第一有机物为甲乙酮(mek)，第二有机物选自二甲基乙酰胺(dmac)及丙二醇甲醚醋酸酯(pgmea)中的一种。该溶剂能够使压电材料溶解，形成均一、稳定的浆料。

具体地，溶剂的步骤为：将第一有机物和第二有机物搅拌混合，得到溶剂。

具体地，第二有机物为二甲基乙酰胺，第一有机物与第二有机物的质量百分比为15％～35％:85％～65％，该比例的甲乙酮和二甲基乙酰胺组成的溶剂能够使压电层的厚度较为均匀，并使压电层具有较好的压电性能，从而使得压电层能够发射出强度较强且较为一致的超声波，有利于提高超声波生物识别装置成像后的影像的均匀性，保证影像不会发生反转。优选地，第一有机物与第二有机物的质量百分比为25％:75％，该比例的甲乙酮和二甲基乙酰胺组成的溶剂能够使压电层的厚度更加地均匀。

或者，第二有机物为丙二醇甲醚醋酸酯，第一有机物与第二有机物的质量百分比为40％～60％:60％～40％。该比例的甲乙酮和丙二醇甲醚醋酸酯组成的溶剂能够使压电层的厚度较为均匀，并使压电层具有较好的压电性能，从而使得压电层能够发射出强度较强且较为一致的超声波，有利于提高超声波生物识别装置成像后的影像较为清晰，保证影像不会发生反转。优选地，第一有机物与第二有机物的质量百分比为50％:50％，该比例的甲乙酮和二甲基乙酰胺组成的溶剂能够使压电层的厚度更加地均匀。

在本实施方式中，将压电材料和溶剂混合得到浆料的步骤具体为：在50℃～80℃和持续搅拌的条件下，将压电材料加入到溶剂中，继续搅拌直至粘度为900厘泊～1200厘泊，得到浆料。通过在50℃～80℃和持续搅拌的条件下将压电材料加入到溶剂中有利于压电材料溶解和均匀的分散在溶剂中，搅拌至粘度为900厘泊～1200厘泊，以使浆料具有较为合适的粘度，以便于涂覆到基板上。

步骤s120：将浆料过180目筛～250目筛。

需要说明的是，通过对浆料过180目筛～250目筛的目的是使浆料具有合适的粒度，进一步提高压电层的均匀性，因此，步骤s120也可以省略。

步骤s130：将浆料涂覆在基板上，再经干燥，得到压电坯体层。

具体地，将浆料涂覆在基板上的方法为丝网印刷。可以理解，将浆料涂覆在基板上的方法不限于为丝网印刷，还可以为涂布、喷涂等。

具体地，干燥的步骤为：在60℃～80℃下干燥0.5小时～2小时。在该温度下进行干燥，以便于压电坯体层具有一个较为合适的含水率，以利于在后续退火过程中形成较为致密的压电层。

具体地，基板为薄膜晶体管。通过使用薄膜晶体管作为基板，以便于直接制作成超声波生物识别装置。

步骤s140：将形成有压电坯体层的基板退火处理，再经极化，形成压电层。

具体地，退火处理的步骤具体为：在135℃～145℃下保温3小时～6小时。该温度下退火处理能够使上述材质的溶剂挥发，并形成致密的压电层，以使压电层具有较好的压电性能。

具体地，极化处理的方法为电晕放电。

上述压电层的制备方法通过控制压电材料和溶剂的质量比为上述比共同制备成浆料，并使用甲乙酮作为溶剂中的第一有机物，使用二甲基乙酰胺及丙二醇甲醚醋酸酯中的一种作为溶剂中的第二有机物，以使浆料涂覆在基板上依次经干燥、退火和极化处理后得到的压电层具有较为均匀的厚度和较好的压电性能，从而使得压电层能够发射出强度较强且较为一致的超声波，有利于提高超声波生物识别装置成像后影像较为清晰。

一实施方式的超声波生物识别装置，包括薄膜晶体管和层叠在薄膜晶体管上的压电层，压电层采用上述压电层的制备方法制备得到，薄膜晶体管为基板。由于上述超声波生物识别装置采用上述方法制备得到的压电层，使得上述超声波生物识别装置成像后的影像较为清晰，有利于提高超声波生物识别装置识别的精准性。

一实施方式的电子设备，包括上述超声波生物识别装置，使得电子设备的识别功能更加的精准。

以下为具体实施例部分(以下实施例如无特殊说明，则不含有除不可避免的杂质以外的其他未明确指出的组分。)：

实施例1

本实施例的压电层的制备过程如下：

(1)将第一有机物和第二有机物搅拌混合，得到溶剂。其中，第一有机物为甲乙酮，第二有机物为二甲基乙酰胺，第一有机物与第二有机物的质量百分比为25％:75％。

(2)在60℃和持续搅拌的条件下，将压电材料加入到溶剂中，继续搅拌80分钟，直至粘度为1000厘泊，得到浆料。其中，压电材料为聚偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物[p(vdf-trfe)]，且聚偏氟乙烯和三氟乙烯的摩尔比为80:20，压电材料和溶剂的质量比为85:15。

(3)将浆料过200目筛，然后将浆料丝网印刷在薄膜晶体管上，再在70℃下干燥1小时，得到压电坯体层。

(4)将形成有压电坯体层的薄膜晶体管在炉体中于140℃下保温退火处理4.5小时，随炉冷却，然后经过电晕放电以进行极化处理，得到压电层。

实施例2

本实施例的压电层的制备过程如下：

(1)将第一有机物和第二有机物搅拌混合，得到溶剂。其中，第一有机物为甲乙酮，第二有机物为二甲基乙酰胺，第一有机物与第二有机物的质量百分比为15％:85％。

(2)在50℃和持续搅拌的条件下，将压电材料加入到溶剂中，继续搅拌30分钟，直至粘度为900厘泊，得到浆料。其中，压电材料为聚偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物[p(vdf-trfe)]，且聚偏氟乙烯和三氟乙烯的摩尔比为80:20，压电材料和溶剂的质量比为80:20。

(3)将浆料过180目筛，然后将浆料丝网印刷在薄膜晶体管上，再在60℃下干燥2小时，得到压电坯体层。

(4)将形成有压电坯体层的薄膜晶体管在炉体中于135℃下保温退火处理6小时，随炉冷却，然后经过电晕放电以进行极化处理，得到压电层。

实施例3

本实施例的压电层的制备过程如下：

(1)将第一有机物和第二有机物搅拌混合，得到溶剂。其中，第一有机物为甲乙酮，第二有机物为二甲基乙酰胺，第一有机物与第二有机物的质量百分比为35％:65％。

(2)在80℃和持续搅拌的条件下，将压电材料加入到溶剂中，继续搅拌120分钟，直至粘度为1200厘泊，得到浆料。其中，压电材料为聚偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物[p(vdf-trfe)]，且聚偏氟乙烯和三氟乙烯的摩尔比为80:20，压电材料和溶剂的质量比为90:10。

(3)将浆料过250目筛，然后将浆料丝网印刷在薄膜晶体管上，再在80℃下干燥0.5小时，得到压电坯体层。

(4)将形成有压电坯体层的薄膜晶体管在炉体中于135℃～145℃下保温退火处理3小时～6小时，随炉冷却，然后经过电晕放电以进行极化处理，得到压电层。

实施例4

本实施例的压电层的制备过程如下：

(1)将第一有机物和第二有机物搅拌混合，得到溶剂。其中，第一有机物为甲乙酮，第二有机物为丙二醇甲醚醋酸酯，第一有机物与第二有机物的质量百分比为50％:50％。

(2)在60℃和持续搅拌的条件下，将压电材料加入到溶剂中，继续搅拌80分钟，直至粘度为1000厘泊，得到浆料。其中，压电材料为聚偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物[p(vdf-trfe)]，且聚偏氟乙烯和三氟乙烯的摩尔比为80:20，压电材料和溶剂的质量比为85:15。

(3)将浆料过200目筛，然后将浆料丝网印刷在薄膜晶体管上，再在70℃下干燥1小时，得到压电坯体层。

(4)将形成有压电坯体层的薄膜晶体管在炉体中于140℃下保温退火处理4小时，随炉冷却，然后经过电晕放电以进行极化处理，得到压电层。

实施例5

本实施例的压电层的制备过程如下：

(1)将第一有机物和第二有机物搅拌混合，得到溶剂。其中，第一有机物为甲乙酮，第二有机物为丙二醇甲醚醋酸酯，第一有机物与第二有机物的质量百分比为40％:60％。

(2)在50℃和持续搅拌的条件下，将压电材料加入到溶剂中，继续搅拌30分钟，直至粘度为900厘泊，得到浆料。其中，压电材料为聚偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物[p(vdf-trfe)]，且聚偏氟乙烯和三氟乙烯的摩尔比为80:20，压电材料和溶剂的质量比为80:20。

(3)将浆料过180目筛，然后将浆料丝网印刷在薄膜晶体管上，再在60℃下干燥2小时，得到压电坯体层。

(4)将形成有压电坯体层的薄膜晶体管在炉体中于135℃下保温退火处理6小时，随炉冷却，然后经过电晕放电以进行极化处理，得到压电层。

实施例6

本实施例的压电层的制备过程如下：

(1)将第一有机物和第二有机物搅拌混合，得到溶剂。其中，第一有机物为甲乙酮，第二有机物为丙二醇甲醚醋酸酯，第一有机物与第二有机物的质量百分比为60％:40％。

(2)在60℃和持续搅拌的条件下，将压电材料加入到溶剂中，继续搅拌120分钟，直至粘度为1200厘泊，得到浆料。其中，压电材料为聚偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物[p(vdf-trfe)]，且聚偏氟乙烯和三氟乙烯的摩尔比为80:20，压电材料和溶剂的质量比为90:10。

(3)将浆料过250目筛，然后将浆料丝网印刷在薄膜晶体管上，再在80℃下干燥0.5小时，得到压电坯体层。

(4)将形成有压电坯体层的薄膜晶体管在炉体中于145℃下保温退火处理3小时，随炉冷却，然后经过电晕放电以进行极化处理，得到压电层。

实施例7

本实施例的压电层的制备过程与实施例1大致相同，区别在于，本实施例的溶剂由质量比为50％:50％的甲乙酮和二甲基乙酰胺组成。

实施例8

本实施例的压电层的制备过程与实施例4大致相同，区别在于，本实施例的溶剂由质量比为20％:80％为甲乙酮和丙二醇甲醚醋酸酯组成。

实施例9

本实施例的压电层的制备过程与实施例1大致相同，区别在于，压电材料中的聚偏氟乙烯和三氟乙烯的摩尔比为60:40。

实施例10

本实施例的压电层的制备过程与实施例1大致相同，区别在于，本实施例的溶剂为甲乙酮。

实施例11

本实施例的压电层的制备过程与实施例1大致相同，区别在于，本实施例的溶剂为二甲基乙酰胺。

实施例12

本实施例的压电层的制备过程与实施例4大致相同，区别在于，本实施例的溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯。

测试：

采用接触式探针膜厚测试仪对压电层远离基板的表面进行测试，从压电层的一侧沿一直线测试到另一侧，以测试压电层的不同位置的厚度，从而得到压电层的位置与厚度关系曲线图，以此方法分别得到实施例1～12的压电层的位置与厚度关系曲线图，图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8及图9分别为实施例1、实施例4、实施例7、实施例8、实施例9、实施例10、实施例11和实施例12的压电层的位置与厚度关系曲线图，其中，实施例2和实施例3的压电层的位置与厚度关系曲线图与实施例1的大致相同，实施例5和实施例6的压电层的位置与厚度关系曲线图与实施例4大致相同，在此不再赘述。

从图2和图3中可以看出，实施例1和实施例4的压电层的位置与厚度关系曲线的有效工作区域内的几乎为一直线，压电层的厚度比较均匀；从图4中可以看出，实施例7的压电层的两端稍厚，但是中部的厚度还是比较均匀的，通常压电层的有效工作区域为中部；从图5和图6中可以看出，实施例8和实施例9的压电层的厚度也较为均匀；从图7～图9中可以看出，实施例10、11和12的压电层的厚度极为不均匀。这说明实施例1～9的压电层的制备方法能够制备得到厚度较为均匀的压电层。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。