一种PVDF基压电薄膜及其制备方法和应用、一种PVDF基柔性复合压电器件

本发明属于压电式压力传感器，具体涉及一种pvdf基压电薄膜及其制备方法和应用、一种pvdf基柔性复合压电器件。

背景技术：

1、柔性复合压电器件的构建通常是将无机压电材料与柔性聚合物基底复合，以实现高压电常数与柔性综合性能的提高。然而，传统的柔性压电式压力器件的电学输出性能较差、灵敏度低，限制了其实际应用。

2、聚偏二氟乙烯(pvdf)，是一种柔性且自身具有压电性的高聚物，且化学稳定性好，因此，成为备受关注的柔性聚合物压电材料。然而，pvdf的压电性较差，需要压电常数较大的无机压电材料(例如(k,na)nbo3、batio3(bto)、pb(zr1-xtix)o3等)与之复合，来提高复合得到的柔性复合压电器件的电学输出性能。

3、例如：中国专利cn111081863a中公开了一种4层结构的bto/pvdf压电纳米发电机，其输出电压可达14v。jin-woopark等人(s.-r.kim,etal,nanoenergy79(2021)105445)利用静电纺丝方法制备了经十四烷基膦酸表面处理的(k,na)nbo3/pvdf-trfe柔性纳米发电机，其电压输出可达21v。

4、尽管上述方案能有效制备得到的柔性复合压电器件，但是其输出电压仍需进一步提升。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种pvdf基压电薄膜及其制备方法和应用、一种pvdf基柔性复合压电器件，本发明提供的pvdf基压电薄膜具有较高的输出电压。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种pvdf基压电薄膜，包括pvdf纤维基膜以及掺杂于所述pvdf纤维基膜中的(ba)2cspb2br7；所述pvdf纤维基膜包括pvdf和固定pvdf的固化剂。

4、优选地，所述pvdf基压电薄膜的厚度为50～200μm。

5、优选地，所(ba)2cspb2br7的粒径为2～4μm。

6、优选地，所述(ba)2cspb2br7和pvdf的质量比为0.01～0.05：0.5～2。

7、优选地，所述固化剂包括pdms固化剂；所述pdms固化剂包括pdms的a液和b液。

8、本发明还提供了上述所述的pvdf基压电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

9、将pvdf的溶液和(ba)2cspb2br7混合，得到纺丝前驱液；

10、将纺丝前驱液进行静电纺丝，得到静电纺丝膜；

11、将所得静电纺丝膜和固化剂混合，依次进行固化和干燥，得到所述pvdf基压电薄膜。

12、优选地，所述静电纺丝的条件包括：接收板距离为8～15cm；电压为10～15kv；推进速度为0.4～1.0ml/h。

13、优选地，所述固化的温度为50～90℃，时间为0.8～1.2h。

14、本发明还提供了上述所述的pvdf基压电薄膜在压电器件中的应用。

15、本发明还提供了一种pvdf基柔性复合压电器件，包括pvdf基压电薄膜、位于所述pvdf基压电薄膜上、下面的电极和位于两个电极外的保护层；

16、所述pvdf基压电薄膜为上述所述的pvdf基压电薄膜。

17、本发明提供了一种pvdf基压电薄膜，包括pvdf纤维基膜以及掺杂于所述pvdf纤维基膜中的(ba)2cspb2br7；所述pvdf纤维基膜包括pvdf和固定pvdf的固化剂。由于(ba)2cspb2br7可以在外加电场下在表面产生感应电荷，从而在静电纺丝和原位极化过程中产生更大的库仑力，这种作用力吸引pvdf链在(ba)2cspb2br7表面结晶，使非晶pvdf转变为具有更大压电性的β相，从而提高pvdf基压电薄膜的输出电压。另外，本发明提供的pvdf基压电薄膜中，(ba)2cspb2br7和pvdf之间的能级匹配度很高，因此，两者复合后的pvdf基压电薄膜，在使用时，可有效减少电荷损失、提高电荷转移效率，从而提高柔性压电式压力传感器的灵敏度。

18、实施例的数据表明，本发明提供的pvdf基压电薄膜的正向输出电压可达136v，负向输出电压可达-78v。

技术特征：

1.一种pvdf基压电薄膜，其特征在于，包括pvdf纤维基膜以及掺杂于所述pvdf纤维基膜中的(ba)2cspb2br7；所述pvdf纤维基膜包括pvdf和固定pvdf的固化剂。

2.根据权利要求1所述的pvdf基压电薄膜，其特征在于，所述pvdf基压电薄膜的厚度为50～200μm。

3.根据权利要求1所述的pvdf基压电薄膜，其特征在于，所述(ba)2cspb2br7的粒径为2～4μm。

4.根据权利要求1或3所述的pvdf基压电薄膜，其特征在于，所述(ba)2cspb2br7和pvdf的质量比为0.01～0.05：0.5～2。

5.根据权利要求1所述的pvdf基压电薄膜，其特征在于，所述固化剂包括pdms固化剂；所述pdms固化剂包括pdms的a液和b液。

6.权利要求1～5任一项所述的pvdf基压电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的条件包括：接收板距离为8～15cm；电压为10～15kv；推进速度为0.4～1.0ml/h。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述固化的温度为50～90℃，时间为0.8～1.2h。

9.权利要求1～5任一项所述的pvdf基压电薄膜在压电器件中的应用。

10.一种pvdf基柔性复合压电器件，其特征在于，包括pvdf基压电薄膜、位于所述pvdf基压电薄膜上、下面的电极和位于两个电极外的保护层；

技术总结
本发明属于压电式压力传感器技术领域，具体涉及一种PVDF基压电薄膜及其制备方法和应用、一种PVDF基柔性复合压电器件。本发明提供的PVDF基压电薄膜包括PVDF纤维基膜以及掺杂于所述PVDF纤维基膜中的(BA)<subgt;2</subgt;CsPb<subgt;2</subgt;Br<subgt;7</subgt;；所述PVDF纤维基膜包括PVDF和固定PVDF的固化剂。本发明提供的PVDF基压电薄膜具有较高的输出电压和灵敏度。

技术研发人员：熊娟,赵梓帆,张名锐,顾豪爽,彭泽楠,厉龙晨,陈子康
受保护的技术使用者：湖北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11