压电层叠体的制作方法_2

文档序号:8435948阅读:来源:国知局
在中空粒子的表面的至少一部分附着有导电性物质的粒子,该导电性物质 优选为电导率高于该中空粒子和基体树脂的物质。
[003引该种多孔质树脂片材的压电系数d33的初始值(刚制作完成多孔质树脂片材后) 优选为在11化C/NW上,更优选为在115~16化C/N左右,在制作完成树脂片材1之后,五 天后的压电系数d33优选为在60pC/NW上,更优选为在70pC/NW上,经过25天后的压电系 数cy尤选为在50pC/NW上。
[0039] 图1列举出该种多孔质树脂片材的一个示例。 图1的多孔质树脂片材(W下,也简称为"树脂片材"。)中,在基体树脂2中分散有未 附着导电性物质4的中空粒子下,也简称为"不含导电性物质粒子"。)3、W及电荷感应 性中空粒子5。另外,对于所述树脂片材1,在树脂片材1中也可W不存在不含导电性物质 粒子3(未图示)。
[0040] 电荷感应性中空粒子是在中空粒子的表面(可W是整个表面,也可W仅仅是表面 的一部分。)附着有导电性物质的中空粒子。电荷感应性中空粒子、导电性物质的电导率优 选为高于基体树脂和不含导电性物质粒子的电导率。
[0041] 在假设树脂片材1中完全不存在不含导电性物质粒子3,图1中该粒子3全部被替 换成电荷感应性中空粒子5的情况下(粒子的总个数相同),即若树脂片材1中仅分散有电 荷感应性中空粒子5,则与同时分散有所述粒子3和粒子5的树脂片材1相比,压电特性的 初始值(经过时间=0天)略有提高,但可推测压电特性随时间的衰减较为显著。该是因 为考虑到在仅分散有电荷感应性中空粒子5的树脂片材中,沿其厚度方向排列的电荷感应 性中空粒子5相互靠近?接触,由此容易形成"导电通路",从而电荷容易从树脂片材表面逃 逸。
[0042] 另一方面,考虑到并用?混合有不含导电性物质粒子3和电荷感应性中空粒子5 的树脂片材1能够切断由电荷感应性中空粒子5形成的导电通路,因此是优选的。若导电 通路被切断,则树脂片材1的电荷保持率提高,因此认为可长期维持较高的压电特性。
[0043] 实际制造由基体树脂和至少电荷感应性中空粒子的混合物形成的多孔质树脂片 材,并利用扫描型电子显微镜〔SEM)对其剖面进行拍摄。图2(A)和图2任)示出该沈M图 像。拍摄所使用的扫描型电子显微镜是日立高新技术株式会社制造的"S-3400",倍率为 100 倍。 虽然认为任一种树脂片材中均W特定的比例包含有电荷感应性中空粒子5和不含导 电性物质粒子3,但从图像上并不能区分该两种粒子。从图2(A)的沈M图像可观察到该些 粒子均匀地分散在该树脂片材中,从图2炬)的SEM图像可观察到该些粒子集中成块(岛) 状,各岛均匀地进行分散。
[0044] 基于图2(A)和图2做的SEM图像,在图3(A)和图3做中分别示出均匀分散模 型和海岛结构模型。图3(A)中,与图1相同,电荷感应性中空粒子5和不含导电性物质粒 子3均匀地分散,与此相对,在图3炬)中,不含导电性物质粒子3和/或电荷感应性中空粒 子5的聚集度较高,包含有中空率较大的岛结构a和b,该些岛结构部a和b均匀地分散。
[0045] 作为不含导电性物质粒子3和/或电荷感应性中空粒子5聚集而形成的岛结构, 可列举出具有代表性的图3炬)中由a和b的虚线包围而示出的形态。岛a是粒子3包围 存在于岛中屯、的粒子5的形态,岛b是粒子5不在中屯、而存在于岛的最外层的形态。在该 两者中,岛a是优选的。 图3炬)所示的岛可考虑近似地作为较大的中空粒子。
[004引 由于图3炬)中相邻的岛(较大的中空粒子)之间的距离比图3(A)中相邻的电荷 感应性中空粒子5之间的距离要长,因此,难W因电荷感应性中空粒子5形成通向树脂片材 表面的导电通路,尤其是包含有岛a的树脂片材1,由于在电荷感应性中空粒子5的周围存 在有切断导电通路的不含导电性物质粒子3,因此,尤其难W形成导电通路。由此,树脂片材 1的电荷保持率提高,与图3(A)的均匀分散模型相比,图3炬)的海岛结构模型的压电特性 随时间的衰减变缓慢,从而可推测得到能够长期维持较高的压电特性。
[0047]下面对图3炬)进一步进行详细说明。 作为海岛结构的其他结构,可W列举出由中空率较小的海结构(即,粒子3和/或粒子 5的含有率较低的结构部)、中空率较大的岛结构(即,粒子3和/或粒子5的含有率较高 的结构部)构成的结构。中空率较大的岛结构中表现出较高的压电系数,中空率较小的海 结构阻碍两极化的电荷彼此在物理上的接近,从而抑制压电系数的降低。通过使用具有该 种海岛结构的树脂片材1,即,通过使片材内部不均匀地分散存在有粒子3和/或粒子5,从 而可推测能够同时实现较高的压电系数和长期维持压电系数。
[004引(电荷感应性中空粒子5) 树脂片材1所使用的电荷感应性中空粒子5在中空粒子的表面的至少一部分或整个面 附着有导电性物质4。 该种电荷感应性中空粒子5例如可通过在中空粒子的表面的至少一部分附着或蒸锻 导电性物质4而得到,或者在使用其表面的至少一部分附着有具有碳原子的物质的粒子 (W下也称为"表面处理粒子")作为中空粒子的情况下,可通过在使具有该碳原子的物质 碳化的条件下进行加热处理而得到。具体而言,可通过下述"前碳化法"的工序(la)、"后碳 化法"的工序(2')、W及"蒸锻法"的工序(Ic)来得到。
[0049](不含导电性物质粒子3) 不含导电性物质3是其内部处于密闭状态、即具有与外部独立的空间的粒子,优选为 在与基体树脂2进行烙融混炼时其结构难W被破坏的粒子。作为该种中空粒子,可W列举 出例如玻璃制的粒子、陶瓷制的粒子、有机类高分子制的粒子等,优选为由绝缘性材料形成 的中空粒子。所述粒子3的内部可根据所得的片材的用途而设为真空、常压中的任一种,在 常压的情况下大多充满空气等。 另外,所述粒子3只要是其表面没有附着导电性物质的中空粒子即可,可W是所述玻 璃制等的粒子本身(未处理的粒子),也可W是其表面附着有具有碳原子的物质等的粒子。
[0050] 作为玻璃制的中空粒子,可W列举出例如由钢巧玻璃、钢巧棚娃酸盐玻璃、棚娃酸 盐玻璃、棚娃酸盐钢玻璃、娃酸钢玻璃、侣娃酸盐玻璃等形成的中空粒子等。
[0051] 所述玻璃制的中空粒子的玻璃含量优选为10~30体积%。若所述玻璃含量在10 体积% ^上,则由于中空粒子具有足够的机械强度,因此在树脂片材制造工序中难W被破 坏,从而能维持中空结构,若在30体积%^下,则能够确保足够的孔隙率。
[0052] 作为陶瓷制的中空粒子,可列举出例如由氧化侣等形成的中空粒子等。
[0053] 作为有机高分子制的中空粒子,可使用由已膨胀型有机高分子形成的中空粒子、 由热膨胀型有机高分子形成的中空粒子中的任一种,作为已膨胀型有机高分子,可列举出 例如交联苯己締类高分子、丙締膳类高分子等,作为热膨胀型有机高分子,可列举出例如丙 締膳类高分子等。
[0054] 不含导电性物质粒子3的大小没有特别的限定,但从得到能够确保较高的压电特 性、较高的电荷保持率、W及片材本身的机械强度的树脂片材该一点来看,优选使用其50% 粒子直径(累积平均直径)为1~100ym的粒子。中空粒子的粒子直径可基于动态光散 射法来进行测定。
[00巧]由于不含导电性物质粒子3是独立气孔结构,因此即使持续对树脂片材施加外部 应力,也能够在较长期间内保持一定的弹性,并且树脂片材的压电特性几乎没有下降。
[005引(导电性物质4) 所述导电性物质4附着于中空粒子的表面的一部分或整个表面,具有在树脂片材中保 持电荷的作用。该导电性物质4优选为是电导率高于不含导电性物质粒子3和基体树脂2 的物质,更优选为是电导率在1. 0Xicr^s/cmW上的物质。电导率可基于导电性物质单体 的电导率,使用双环电极法来进行测定。
[0057] 由于在中空粒子的表面存在导电性物质4,因此在制造树脂片材1时进行下述分 极处理的情况下,此时能够W更低的电压向树脂片材1注入电荷,并且能够在较长期间内 维持树脂片材1的压电特性。如图1所示,通过包含不含导电性物质粒子3和电荷感应性 中空粒子5,树脂片材1能够发挥具有较高的压电初始值和保持长期的特性的特性。
[0058] 作为附着于或蒸锻于中空粒子的导电性物质,优选为从由碳、石墨、销、金和 IT0(氧化铜锡)构成的组中选择的一种W上的物质。
[0059] 所述导电性物质4可W是在无氧气氛下即在基体树脂2中通过对表面处理粒子的 表面所附着的具有所述碳原子的物质进行热处理(假设其结果是该物质有可能会碳化。) 而得到的物质。例如,通过对具有碳原子的物质(在其热分解温度W上的温度下,通常在基 体树脂的烙点W上、且不到分解温度的温度下)进行热处理(碳化)而得到。
[0060] 作为用于进行该种热处理、具有该碳原子的物质,优选为是包含有姪基的物质,可 W列举出例如包含有姪基的从由表面活性剂、硅烷偶联剂、侣酸盐类偶联剂、W及铁酸醋类 偶联剂形成的组中所选择的一种W上的物质。
[0061] 作为所述包含有姪基的物质,通常是常压下的热分解开始温度为100~30(TC的 物质,从获得电荷感应性中空粒子5时的操作性等方面来看,优选为是常压下的热分解开 始温度为150~250°C的物质。作为包含有姪基的物质的热分解开始温度(碳化温度),更 具体而言通常是比基体树脂2的热分解温度低50°CW上的温度,从热处理温度管理的容易 性方面来看,优选为是比基体树脂2的热分解温度低100°CW上的温度。
[0062] 若对所述表面活性剂进行详细说明,则作为该表面活性剂,可W列举出具有姪基 的非离子类、两性离子类、阳离子类等表面活性剂,优选为在(无氧条件下)基体树脂中被 加热到表面活性剂的分解温度W上的温度从而进行热分解而变成导电性物质(有可能分 解成碳、水、不定形的表面活性剂热分解生成物等。),不会给环境造成负担且低价的表面活 性剂,可W列举出网页"ht化://www.ecosci.化/sa/sa.html"等所记载的表面活性剂。
[0063] 作为非离子类表面活性剂,可W列举出脂肪酸双己醇酷胺出-C0N(CH2CH20H)2、 R:C1~20的烷基、优选为巧~C15左右的烷基},具体而言,例如C11H23- CON畑2邸2〇巧2 等、聚氧己締异癸醋(AE)〔高级醇类、R - 0(C H2CH2〇)nH、R:C1~20左右的烷基、n:l~ 30、优选为5~15左右的整数)、具体而言,例如Cis&e-〇(邸2邸2〇)扣等,聚氧己締烷基苯基 離(AP巧KR - (CeH4)0(CH2CH2〇)nH、R ;C1~20的烷基、优选为C5~15左右的烷基、n: 1~ 30、优选5~15左右的整数)},具体而言,例如C9H19- (C化)0(C H2CH2〇)sH等。
[0064] 作为两性粒子类表面活性剂,可列举甜菜碱(aA^carbo巧betaine)〔甜菜碱类) 出一矿(邸3)2 *CH2C00-、R:C1~20、优选为C5~15左右的烷基}、具体而言,例如(:12&5-N+(CH3)2 ?C&CO矿等。
[0065] 作为阳离子表面非活性剂,可W列举出漠烷基S甲基胺盐 (a化yltrimeth5dammoniumsalts)出一N+(CH3)3.Cr、R:Cl~20、优选为巧~ 15左右的烷基}、具体而言,例如C。恥一N+(〇g3?cr等、氯化二烷基二甲基胺 (dia]_k5ddimeth5dammoniumchlorides)出2-N+(邸3)2?Cr、R:C1 ~20、优选为C5 ~ 15左右的烷基}、具体而言,例如C。恥一N+ (CsH。)畑3)2?cr等、苄基烷基化晚翁 (A化}dpyridiniumchlorides)出 _ (N+C品)?Cr、R:C1 ~20、优选为C5 ~15 左右的烧 基}、具体而言,例如C12H25- (N+C5H5) -cr等。
[0066]在上述活性剂中,从抑制多孔质树脂片材的电荷衰减的方面来看,优选使用非离 子类表面活性剂,其中,尤其优选聚氧己締异癸醋。
[0067] 作为表面活性剂,除了具有所
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