织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维、压电器件及制备方法

本发明属于压电材料，具体涉及织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维、压电器件及制备方法。

背景技术：

1、压电效应是指当压电材料受到某个固定方向外力的作用时，内部产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；压电材料受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。基于压电效应的压电式传感器在振动检测领域具有广泛用途。

2、全无机铅基卤素钙钛矿cspbx3(x＝cl、br或i)由于简单的低温湿法制备过程、形貌易于调控、压电效应可调等优点吸引了压电研究领域的关注。但cspbx3的水稳定性和氧稳定性很差，在空气中会被水和氧等侵蚀而分解。因此构筑聚合物包裹cspbx3的复合压电材料，一方面可以使cspbx3与空气中的水和氧隔绝而提升稳定性，另一方面可以通过调控cspbx3与聚合物的复合形式而提升材料的压电性能。

3、但是，目前已合成的cspbx3与聚合物复合的压电材料，由于复合形式随机，可控性差，导致了复合压电材料内部cspbx3产生的压电极化电场往往出现相互抵消的现象，从而使得复合压电材料压电性能低下。

技术实现思路

1、有鉴于此，一方面，一些实施例公开了织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维的制备方法，该方法包括：

2、cs源、pb源、聚合物、配体与有机溶液混合，制得前驱液；其中，cs源为csx，pb源为pbx2，其中，x为cl、br、i中任一种；聚合物为聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中任一种；配体为油酸、油胺的任一种组合；有机溶液为n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的任一种组合；前驱液中，cs源与pb源与前驱液的质量比为4～20％，油胺与油酸与前驱液的质量比比为3～12％，聚合物与前驱液的质量比为4～16％；

3、前驱液经静电纺丝过程，制得织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维；其中，静电纺丝电压设定为10～20kv、温度设定为20～80℃，收集筒转速设定为100～1000r/min。

4、进一步，一些实施例公开的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维的制备方法，cs源与pb源的摩尔比为1:2～2:1。

5、一些实施例公开的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维的制备方法，油胺与油酸的体积比为0:1～1:3。

6、一些实施例公开的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维的制备方法，聚合物的分子量为103～108。

7、一些实施例公开的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维的制备方法，还包括：

8、利用低温定型去溶剂法和高温多步定相热压法，将制得的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维制备为织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物纤维膜。

9、进一步，一些实施例公开的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维的制备方法，低温定型去溶剂法包括：

10、织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物纤维放入真空冷冻干燥机中，在零下80至零下70℃和常压下冷冻10～60分钟；

11、然后在零下60℃至零下10℃和10-2～102pa下冷冻干燥1～40小时；

12、然后再常温常压环境下静置1～20小时。

13、一些实施例公开的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维的制备方法，高温多步定相热压法包括：

14、将经过低温定型去溶剂法处理后的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物纤维放入热压炉内，升温至80～110℃，压力为0～10n，保温1～20小时；

15、降温至50～80℃，压力升为50～200n，保温1～20小时；

16、再次升温至80～110℃，压力降为0～10n，保温1～10小时；

17、再次降温至50～80℃，压力升为50～200n，保温1～20小时；

18、最后降为常温常压，得到织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合压电纤维膜。

19、另一方面，一些实施例公开了织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维膜，由织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物纤维的制备方法得到。

20、再一方面，一些实施例公开了织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维压电器件，包括织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物纤维膜。

21、进一步，一些实施例公开的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维压电器件，织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物纤维膜作为活性层，活性层的两面涂覆有厚度为20～50μm的粘结剂，铝箔作为两侧的电极。

22、本发明实施例公开的织构化化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维的制备方法制备得到了织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物纤维，进而制备得到了织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物纤维膜和以该纤维膜为活性物质的压电器件；织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维中高长径比的一维cspbx3更容易实现一维cspbx3在聚合物纤维内部的定向排列，同时高长径比的一维cspbx3有利于接收和传递应力，提高能量转换效率；织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维中高度有序的cspbx3纳米棒排列会缓解内部的夹紧效应，减少内生电场的相互抵消，同时纳米棒之间的互相接触也有利于压电电荷从cspbx3向聚合物传递，进一步提升压电性能；致密且光滑的聚合物封装层更有利于隔绝空气中的水和氧气，防止内部的cspbx3被侵蚀分解，提升了压电复合材料的稳定性和压电器件的稳定性。

技术特征：

1.织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维的制备方法，其特征在于，所述cs源与所述pb源的摩尔比为1:2～2:1。

3.根据权利要求1所述的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维的制备方法，其特征在于，所述油胺与所述油酸的体积比为0:1～1:3。

4.根据权利要求1所述的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维的制备方法，其特征在于，所述聚合物的分子量为103～108。

5.根据权利要求1所述的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维的制备方法，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求5所述的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维的制备方法，其特征在于，所述低温定型去溶剂法包括：

7.根据权利要求5所述的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维的制备方法，其特征在于，所述高温多步定相热压法包括：

8.织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维膜，其特征在于，由权利要求5～7任一项所述的制备方法得到。

9.织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维压电器件，其特征在于，包括权利要求8所述的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物纤维膜。

10.根据权利要求9所述的织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维压电器件，其特征在于，所述织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维膜作为活性层，所述活性层的两面涂覆有厚度为20～50μm的粘结剂，铝箔作为两侧的电极。

技术总结
本发明实施例公开了织构化一维全无机铅基卤素钙钛矿聚合物复合纤维、压电器件及制备方法；制备方法包括：Cs源、Pb源、聚合物、配体与有机溶液混合，制得前驱液；其中，Cs源为CsX，Pb源为PbX<subgt;2</subgt;，其中，X为Cl、Br、I中任一种；聚合物为聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中任一种；配体为油酸、油胺的任一种组合；有机溶液为N,N‑二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的任一种组合；前驱液中，Cs源与Pb源与前驱液的质量比为4～20％，油胺和油酸与前驱液的质量比为3～12％，聚合物与前驱液的质量比为4～16％；前驱液经静电纺丝过程制得织构化一维CsPbX<subgt;3</subgt;/聚合物复合纤维；其中，静电纺丝电压设定为10～20kV、温度设定为20～80℃，收集筒转速设定为100～1000r/min。

技术研发人员：杨涛,徐兵,王恩会,侯新梅,方志
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12