一种宏微复合压电驱动膜的制作方法

本发明属于新型功能材料领域，具体涉及一种宏微复合压电驱动膜。

背景技术：

压电驱动器是利用材料的压电特性，在电场作用下，形成特定的机械力与位移的输出。传统有机材料一般不具备压电特性，即使有机压电材料其压电性能也只有压电陶瓷材料的10%左右，其压电性能较弱，限制了其在许多领域的应用。由此，在有机压电材料中添加压电陶瓷材料进行改性增加压电有机材料压电性能的方法被提出并得到了验证。但是，有机材料与压电材料介电常数相差较大，导致二者复合后压电陶瓷颗粒性能不能完全发挥，因此压电性能的提升有限。目前纳米材料材料的制备已经趋于成熟，具有稳定的材料来源，将其用于复合材料改性具有良好的应用前景和商业价值，利用导电纳米颗粒与压电或非压电材料的树脂基质复合，是能够调控复合材料介电特性的，这种介电特性调控方法也得到了验证。与此同时，随着增材制造技术的进步，使得多相材料增材制造、多材料增材制造方法也得到了广泛的测试，在同一结构中布置不同物质以形成一体化制造的新型器件也已经成为可能。

技术实现要素：

随着功能材料、复合材料、纳米材料以及增材制造这些新技术的进步，通过增材制造技术，实现功能材料结构的一体化设计与成型已经成为可能，为了形成一种高集成度、便于微型化的机电转换膜结构，将同一基质与改性纳米材料中添加压电颗粒与导电颗粒，利用多材料增材制造技术，按需布置材料，提出了一种宏微复合压电驱动膜，由树脂基质、纳米颗粒和压电材料颗粒和导体颗粒按照特定的结构与分布方式构成，直接采用电驱动，便于形成功能与结构一体化的新型微小型机械装置，并在其中作为动力装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种宏微复合压电驱动膜，包括：树脂基质、纳米颗粒、压电材料颗粒，特点在于还包括导体颗粒，且所述复合压电驱动膜是一矩形薄片结构，其中：所述树脂基质中均匀分布有导电性良好的纳米颗粒，通过控制纳米颗粒的比例调控整个复合材料的介电特性，且包括压电复合材料层、第一导电层和第二导电层；所述压电复合材料层内均匀分布有所述压电材料颗粒；所述第一导电层和第二导电层中均匀分布有导体颗粒，布置在所述压电复合材料层两侧外表面，且所述第一导电层厚度小于第二导电层厚度，所述导体颗粒可以有效的减小两导电层内部的电阻，增强其导电性。结构采用一体化成型技术，用多挤出头打印不同材料，实现功能结构一体化的器件设计与成型。也可以采用多材料注塑方法多次成型，降低制造成本同时提高产品精度。

所述复合压电驱动膜外形是一矩形薄片结构，或是一种圆片结构，或是一种环形薄片结构，或是一种梯形薄片结构，或是一种三角形薄片结构。

工作时，在第一导电层和第二导电层之间施加电压，驱动膜内部的压电复合材料层发生平面内的伸张，由于两侧导电层厚度不对称，中性层表面不在结构的几何中心，因此在该力的作用下，驱动膜发生弯曲变形，在电压为交变信号时候，所述驱动膜则发生振动变形。

附图说明

图1是本发明一种宏微复合压电驱动膜的内部构成示意图。

图2是本发明一种宏微复合压电驱动膜的外形示意图。

具体实施方式

参照图1和图2，本发明一种宏微复合压电驱动膜，包括：树脂基质1、纳米颗粒2、压电材料颗粒3，特点在于还包括导体颗粒4，且所述复合压电驱动膜是一矩形薄片结构，其中：所述树脂基质1中均匀分布有导电性良好的纳米颗粒2，且包括压电复合材料层11、第一导电层12和第二导电层13；所述压电复合材料层11内均匀分布有pzt5构成的所述压电材料颗粒3；所述第一导电层12和第二导电层13中均匀分布有导体颗粒4，布置在所述压电复合材料层11两侧外表面，且所述第一导电层12厚度小于第二导电层13厚度。上述材料分布过程使用挤出式增材制造装置通过两个挤出头按需成型；所述电热驱动膜外形是一矩形薄片结构。

工作时，在第一导电层和第二导电层之间电压，驱动膜内部的第一复合材料层和第二复合材料层作为电阻材料在电压作用下发热，此时，电热驱动膜的第一复合材料层发生大幅度的受热膨胀，同时第二复合材料层几乎不发生变形，两层结构应变不同则发生弯曲变形，向第一复合材料层弯曲方向弯曲，在停止加热时，温度下降，发生与上述过程相反的变形，驱动片回复初始状态，完成一个工作循环。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种宏微复合压电驱动膜，包括：树脂基质、纳米颗粒、压电材料颗粒，特点在于还包括导体颗粒，且所述复合压电驱动膜是一矩形薄片结构，其中：所述树脂基质中均匀分布有导电性良好的纳米颗粒，且包括压电复合材料层、第一导电层和第二导电层；所述第一导电层和第二导电层中均匀分布有导体颗粒，布置在所述压电复合材料层两侧外表面，且所述第一导电层厚度小于第二导电层厚度。可采用增材制造一次成型，便于微型化，在微机械、微流体驱动以及微小机器人等方面具有广泛的应用前景。

技术研发人员：吴越;曾祥莉;田丰君
受保护的技术使用者：重庆触阔科技有限公司
技术研发日：2018.10.19
技术公布日：2019.04.23