DAST柔性复合压电材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种DAST柔性复合压电材料及其制备方法；所述DAST柔性复合压电材料包括含DAST和辅助材料的柔性复合膜、分别覆盖在柔性复合膜上下表面的导电层、导电层引出的导线以及覆盖在导电层表面的聚合物保护层；所述辅助材料包括改善DAST力学性能的聚合物材料和改善DAST电学性能的导电材料。本发明专利技术通过辅助材料的掺杂，克服了DAST单晶生长周期长、难以独立成膜的不足，而且不仅保留了DAST单晶优良的压电性能，同时还提高了材料的力学和电学性能。本发明专利技术制备的DAST柔性复合压电材料全部由有机材料组成，制备工艺简单且可在室温下完成，无需复杂、昂贵的成膜设备，具有制造成本低、产品性能高、柔性等优点。

DAST flexible composite piezoelectric material and preparation method thereof

The invention discloses a flexible DAST composite piezoelectric material and a preparation method thereof; the DAST flexible composite piezoelectric material includes a flexible composite membrane containing DAST, and auxiliary materials are covered wire in the flexible composite film on surface of the conductive layer, the conductive layer leads and covered in the guide polymer protective layer surface layer the conductive material; the auxiliary materials include improving the mechanical properties of DAST polymer materials and improve the electrical properties of DAST. The present invention by auxiliary materials doped, overcomes the DAST crystal growth cycle is long, difficult to independent film problems, and not only retains the DAST single crystal excellent piezoelectric properties, and mechanical and electrical properties of materials are improved. The prepared DAST flexible composite piezoelectric material composed of all organic materials, the preparation process is simple and can be done at room temperature, the membrane equipment without complex and expensive, has low manufacturing cost, high performance and flexible products etc..

【技术实现步骤摘要】
DAST柔性复合压电材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料领域，具体涉及一种DAST柔性复合压电材料及其制备方法。
技术介绍
压电材料自20世纪以来，已逐渐成为材料领域中的重要组成部分。随着电子、导航和生物等高
的发展，人们对压电材料性能的要求越来越高。目前，探索压电材料的主要途径包括：从传统材料中发掘新效应，开拓新应用；或者从控制材料组织和结构入手，运用新工艺制备新型的压电材料。从压电材料的制备成本、制备条件、使用性能方面综合考虑，需要寻找成本低廉、制备条件简单、性能优良的压电材料，满足生物、光电、能源等领域的特殊要求。作为目前使用最多的压电陶瓷材料，它具有压电系数高、介电常数大、可加工成各种形状等优点。然而，压电陶瓷的缺点是：其机械品质因子低、电损耗大、柔性差，对高频、高稳定需求的应用不理想，而且制备需要高温、条件要求苛刻，还含有铅，对环境污染严重。石英也是广泛应用的压电材料，具有稳定性好、机械品质因子高等优点。但是，石英的压电系数低、介电常数小，还受到切型和尺寸的限制、成本昂贵，不利于广泛使用。作为一种应用广泛的有机压电材料，聚偏氟乙烯(PVDF)通过强极性F原子改变聚乙烯的结构对称性，使之具有压电特性，具有重量轻、机械性能好等优点。遗憾的是，PVDF的压电响应弱、压电输出低，而且容易受多种外界因素的影响。与之相比，氧化锌、钛酸钡等传统压电材料与聚合物复合而成的复合压电材料虽然具有力学性能好、生物亲和性强的优点，但是这种复合材料的压电系数低、制备条件繁琐；而且，这种复合压电材料由氧化锌、钛酸钡等无机材料和聚合物有机材料相复合而成，无机材料与有机材料之间的兼容性差，导致这种复合材料的性能低、稳定性差。所以，急需寻找高性能、制备工艺简单、环保以及成本低廉的全部由有机材料组成的新型柔性压电材料。作为一种新型的有机光电材料，DAST的化学结构比较特别，是有机吡啶盐的典型代表之一。首先，DAST是由阴阳离子组成的有机分子盐，利用强库仑力的相互作用，使共轭分子呈非中心对称排列(参见S.Marder,J.Perry,W.Schaefer,etal.,Science,1989,245(4918):626-628.文献)。其次，DAST晶体内分子的这种高度非中心对称的排列方式，使其具有优良的压电特性。与传统的无机及有机压电材料相比较，DAST有机单晶的优点是：DAST单晶的制备不需要高温、高压等极端条件，工艺简单、成本低。重要的是，DAST不含铅，是一种对人体无害的绿色有机柔性压电材料(参见许向东，谷雨，李欣荣，成晓梦，蒋亚东，连宇翔，王福，梁倩，周华新，“DAST有机单晶压电材料及其制备方法”，中国专利技术专利，2017年1月22日申报，专利申请号201710053780.X)。遗憾的是，尽管DAST晶体具有许多优良的特性，但是大尺寸、高质量的DAST单晶生长仍然存在很大的挑战，这主要是因为DAST晶体在生长过程中非常容易在多处同时成核。目前为止，前人文献报道的生长DAST晶体的方法，主要包括：(1)籽晶法，参见F.Pan,M.S.Wong,C.Bosshard,“CrystalGrowthandCharacterizationoftheOrganicSalt4-N,N-Dimethylamino-4-N-methyl-stilbazoliumTosylate(DAST)”,AdvancedMaterials,8-7(1996)文献；(2)斜板法，参见F.sunesada,T.Iwai,T.Watanabe,“High-qualityCrystalGrowthofOrganicNonlinearOpticalCrystalDAST”,JournalofCrystalGrowth,237-239,2104-2106(2002)文献；(3)双区段法，参见A.S.Hameed,W.C.Yu,Z.B.Chen,“AnInvestigationontheGrowthandCharacterizationofDASTCrystalsGrownbyTwoZoneGrowthTechnique”,JournalofCrystalGrowth,282,117-124(2005)文献。但是，这些通过结晶生长的方法得到的往往是大小不一的DAST晶体。把DAST晶体直接应用到微型器件当中存在一些明显的缺点，包括：(1)有机晶体生长一般需要液相环境，生长周期长、工艺复杂等，不利于大规模产业化生产，而且DAST晶体的液相生长工艺与传统的器件微加工技术往往难于兼容；(2)有机晶体的各向异性明显，难于满足微型器件均匀响应的特殊要求；(3)DAST块状结晶具有一定的体积、厚度与形状，难以有效地进行后续加工，更难于直接集成到微型器件当中，也就是说，DAST晶体的固定物理尺寸与形状等因素极大地影响了器件的集成化。研究表明，如果将DAST制成均匀的薄膜，有望克服上述缺点，实现DAST材料的器件应用(参见M.Baldo,M.Deutsch,P.Burrows,H.Gossenberger,M.Gerstenberg,V.Ban,S.Forrest,OrganicVaporPhaseDeposition.AdvancedMaterials,10,1505-1514(1998)；许向东，黄龙，蒋亚东，孙自强，范凯，樊泰君，何琼，敖天宏，马春前,“一种DAST-碳纳米管复合薄膜及其制作方法”，中国专利技术专利，2012年7月25日申报，专利申请号201210258291.5；XiangdongXu,LongHuang,KaiFan,YadongJiang,ZiqiangSun,QiongHe,TianhongAo,RuiHuang,YuejiangWen,ChunqiangMa,“ElectricalandOpticalPropertiesof4-N,N-dimethylamino-4-N-methyl-stilbazoliumtosylate(DAST)ModifiedbyCarbonNanotubes”,JournalofMaterialsChemistryC,2,2394-2403(2014)；以及许向东，孙自强，蒋亚东，范凯，温粤江，黄锐，邹蕊矫，王蒙，姚洁，敖天宏，何琼，“DAST-石墨烯原位复合膜及其制备方法”，中国专利技术专利，2014年8月5日申报，专利申请号201410380528.6等文献)。但是，这些DAST薄膜与衬底的结合紧密，难以从衬底表面取下、形成独立完整的薄膜材料。为了使DAST材料优良的压电性能更好地应用于器件中，亟需获取一种制备工艺简单、便于长时间存放、性能优良的柔性DAST复合材料。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种DAST柔性复合压电材料，克服DAST单晶生长周期长、难以独立成膜的不足，同时提高材料的力学和电学性能。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种DAST柔性复合压电材料，所述DAST柔性复合压电材料包括含DAST和辅助材料的柔性复合膜、分别覆盖在柔性复合膜上下表面的导电层、导电层引出的导线以及覆盖在导电层表面的聚合物保护层；所述辅助材料包括改善DAST力学性能的聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DAST柔性复合压电材料，其特征在于：所述DAST柔性复合压电材料包括含DAST和辅助材料的柔性复合膜、分别覆盖在柔性复合膜上下表面的导电层、导电层引出的导线以及覆盖在导电层表面的聚合物保护层；所述辅助材料包括改善DAST力学性能的聚合物材料和改善DAST电学性能的导电材料。

【技术特征摘要】
1.一种DAST柔性复合压电材料，其特征在于：所述DAST柔性复合压电材料包括含DAST和辅助材料的柔性复合膜、分别覆盖在柔性复合膜上下表面的导电层、导电层引出的导线以及覆盖在导电层表面的聚合物保护层；所述辅助材料包括改善DAST力学性能的聚合物材料和改善DAST电学性能的导电材料。2.根据权利要求1所述的DAST柔性复合压电材料，其特征在于：所述改善DAST力学性能的聚合物材料为聚合物颗粒、聚二甲基硅氧烷、POE塑料、乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、聚酰亚胺和聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的DAST柔性复合压电材料，其特征在于：所述改善DAST电学性能的导电材料为多壁或单壁碳纳米管、石墨烯、石墨、导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂和透明导电薄膜中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的DAST柔性复合压电材料，其特征在于：所述柔性复合膜采用先混合后成膜的方式制备，制备过程如下：(1)处理及清洗衬底，吹干后备用；(2)复合材料的先混合步骤：称取DAST，按0.1％-95％的质量分数与所述辅助材料充分混合，形成复合材料，常温下去除气泡，备用；(3)复合材料的后成膜步骤：将步骤(2)获得的DAST混合溶胶转移到经步骤(1)处理的衬底表面，通过制膜工艺制备一层含DAST和辅助材...

【专利技术属性】
技术研发人员：许向东，李欣荣，谷雨，成晓梦，连宇翔，蒋亚东，王福，周华新，梁倩，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51