专利名称：具有磁电性能的聚偏氟乙烯/锆钛酸铅/铽镝铁薄片复合材料及制备的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有磁电性能的复合材料，特别涉及具有磁电性能的聚偏氟乙烯/锆钛酸铅/铽镝铁(PVDF/PZT/Terfenol-D)薄片复合材料。
背景技术：
磁电材料是综合磁致伸缩材料和电致伸缩材料的优点，实现磁效应与电效应的转换，通过磁场变化引起电流变化的一种功能材料。随着科技的发展，这种材料可以应用于许多领域，如作为传感器来使用，这种材料不仅体积小、重量轻、便于携带，磁信号与电信号的转换敏感性增加，因此可以准确的反应信号的变化；对于磁电材料的开发国外有一些大胆的设想，如在这种材料表面涂以对电信号敏感的荧光物质也许会给电视机、微机以新的生命力。
1894年，皮埃尔·居里首次预言了将磁性物质应用于电场中或极化电子在磁场中会出现磁电(ME)—耦合的磁—力—电效应。直到1960～1961年，线性磁电效应在半铁磁Cr2O3晶体中通过实验观察到，自此磁电效应在一些晶体中被发现，如钇铁石榴石、方硼石、稀土铁盐、磷酸盐等，然而单一相的磁电材料虽如预言的一样有磁电效应，但磁电效应都很弱，磁电材料必须具备较高的磁电系数才会出现较强的磁电效应。将具有压电性质和磁致伸缩效应的物质混合在一起得到的复合材料，在理论上预言会得到较好的磁电效应，理论认为 或 目前，实验室制备的具有磁电效应的复合材料有CoFe2O4/BaTiO3和(Ni-Co-Mn)—铁盐/PZT复合材料，这两种材料都是合金/陶瓷的复合体，因此这种材料不易成型、难以应用。
发明内容
本发明的目的主要解决合金/陶瓷的复合体不易成型、难以应用等缺点，提供一种在复合体系中能实现磁效应—力效应—电效应，转换的柔韧，易成型的具有磁电性能的复合材料，并提供一种制备该复合材料的方法。
实现本发明的复合材料是具有磁电性能的聚偏氟乙烯/锆钛酸铅/铽镝铁(PVDF/PZT/Terfenol-D)薄片复合材料，其成份体积百分比是PVDF20～30％、Terfenol-D2～12％，其余为PZT，各成分百分数之和为100％。
所述的复合材料的制备方法，一、压片法(1)将PVDF、PZT和Terfenol-D按配比量混在一起，在混炼机上于200℃下混炼10分钟，(2)在压片机上于180～220℃下热压20分钟，室温保压5分钟，压成薄片，(3)薄片镀金或银电极，(4)最后在4000～5000V电压下进行极化15～20分钟得产品。
二、层压法(1)按配比量称取聚偏氟乙烯、锆钛酸铅、铽镝铁，(2)在压片机上分别压成聚偏氟乙烯/锆钛酸铅、聚偏氟乙烯/铽镝铁和聚偏氟乙烯/锆钛酸铅薄片，然后将三层薄片再次层压得层状薄片复合材料，压片温度为180～220℃，热压20分钟，室温保压5分钟，(3)薄片镀金或银电极，(4)在4000～5000V电压下进行极化15～20分钟，即得产品。
三、悬涂法(1)按配比配制聚偏氟乙烯溶液，然后将锆钛酸铅、铽镝铁分别分散在聚偏氟乙烯溶液中，得到聚偏氟乙烯/锆钛酸铅复合溶液和聚偏氟乙烯/铽镝铁复合溶液，(2)在不锈钢或玻璃基片上逐层悬涂上述二种复合溶液，然后烘干，得层状薄片复合材料，(3)薄片镀金或银电极，(4)在4000～5000V电压下进行极化15～20分钟，即得产品。
本发明在PVDF/压电陶瓷复合材料中加入具有磁致伸缩效应的稀土合金(Terfenol-D)制成具有磁电性能的磁电复合材料，主要解决合金/陶瓷的复合体不易成型、难以应用等缺点。本发明使用的锆钛酸铅是一种压电陶瓷，在此复合体系中可以实现电效应—力效应的转换；Terfenol-D是一种磁致伸缩材料，在此复合体系中可以实现力效应—磁效应的转换；PVDF与其它的聚合物相比，具有强压电热电性，声阻抗与液体、生物体声阻抗匹配，电声响应频率曲线平滑，信噪比高，化学稳定性好，易制成大面积柔韧薄膜等优点，利用聚合物柔韧、易成型等优点，所以聚合物的加入有利于复合材料的成型，易于制备薄片磁电复合材料。
本发明中所用聚偏氟乙烯、锆钛酸铅和Terfenol-D均为市场上购买的原料。
具体实施例方式
实施例1按体积比例取PVDF30份，PZT68份，Terfenol-D2份混合在一起，并在混炼机上于200℃混炼10分钟，然后在压片机上于200～210℃下，压20分钟，压成薄片，镀银(或金)电极，在4000～5000V电压下极化15分钟，所得产品测试磁电性能。
实施例2按体积比例取PVDF30份，PZT62份，Terfenol-D8份，在压片机上分别压成聚偏氟乙烯/锆钛酸铅、聚偏氟乙烯/铽镝铁和聚偏氟乙烯/锆钛酸铅薄片，然后将三层薄片再次层压得层状薄片复合材料，压片温度为180～220℃，热压20分钟，室温保压5分钟，下续步骤除镀金电极，极化时间为20分钟不同外，其它按实施例1的方法进行。
实施例3取PVDF30份，PZT66份，Terfenol-D4份，将锆钛酸铅、铽镝铁分别分散在PVDF溶液中，得到PVDF/PZT复合溶液和PVDF/Terfenol-D复合溶液，用不锈钢片为基片，逐层将两种溶液悬涂在基片上，然后用红外灯烘干，得薄片复合材料，下续按实施例1进行。
实施例4、5、6、7，按表中配比取料，下续步骤按实施例1的方法进行。
经性能测试表明，配比选择PVDF在20～30％范围内、Terfenol-D在2～12％范围内，其余为PZT的复合材料具有磁电性能。
权利要求
1.一种具有磁电性能的复合材料，其特征是聚偏氟乙烯/锆钛酸铅/铽镝铁薄片复合材料。
2.如权利要求1所述的复合材料，其特征是聚偏氟乙烯∶锆钛酸铅∶铽镝铁＝20～30％∶58～78％∶2～12％(体积)成分体积百分数总和为100％。
3.权利要求1或2所述的复合材料的制备工艺，其特征是步骤为(1)按配比量将聚偏氟乙烯、锆钛酸铅、铽镝铁混在一起，在混炼机上于200℃下混炼10分钟，(2)混炼产物在压片机上于180～220℃下热压20分钟，室温保压5分钟得薄片复合材料，(3)薄片镀金或银电极，(4)在4000～5000V电压下进行极化15～20分钟，即得产品。
4.权利要求1或2所述的复合材料的制备工艺，其特征是步骤为(1)按配比量称取聚偏氟乙烯、锆钛酸铅、铽镝铁，(2)分别压成聚偏氟乙烯/锆钛酸铅、聚偏氟乙烯/铽镝铁和聚偏氟乙烯/锆钛酸铅薄片，然后将三层薄片再次层压得层状薄片复合材料，压片温度180～220℃，热压20分钟，室温保压5分钟，(3)薄片镀金或银电极，(4)在4000～5000V电压下进行极化15～20分钟，即得产品。
5.权利要求1或2所述的复合材料的制备工艺，其特征是步骤为(1)按配比配制聚偏氟乙烯溶液，然后将锆钛酸铅、铽镝铁分别分散在聚偏氟乙烯溶液中，得到聚偏氟乙烯/锆钛酸铅复合溶液和聚偏氟乙烯/铽镝铁复合溶液，(2)在不锈钢或玻璃基片上逐层悬涂上述两种复合溶液，然后烘干，得层状薄片复合材料，(3)薄片镀金或银电极，(4)在4000～5000V电压下进行极化15～20分钟，即得产品。
全文摘要
一种具有磁电性能的聚偏氟乙烯/锆钛酸铅/铽镝铁薄片复合材料及制备。该复合材料成份体积比是PVDF20～30％，Terfenol－D2～12％，其余为PZT，成分百分数总和100％。其制备步骤是按配比量称取聚偏氟乙烯、锆钛酸铅、铽镝铁采用压片、层压或悬涂的方法制成薄片，然后镀金或银电极，最后于4000～5000V电压下极化得产品。本磁电复合材料易成型，可制备成薄片，应用方便。
文档编号C08K3/00GK1392194SQ0213874
公开日2003年1月22日 申请日期2002年7月2日 优先权日2002年7月2日
发明者熊传溪, 董丽杰, 陈娟, 南策文 申请人:武汉理工大学