本发明专利技术提供了一种基于苯丙氨酸衍生物的小分子有机压电材料、制备方法及应用。制备方法包括以下步骤：将苯丙氨酸衍生物的有机小分子溶于醇类溶剂中得到混合溶液；在混合溶液中加入不同种类及摩尔比的酸对该有机小分子进行掺杂；溶剂挥发，有机小分子组装即可制得具有不同压电系数的有机压电材料。本发明专利技术合成的有机小分子组装体具有压电性质，压电性能可通过酸掺杂的方式调节，制备方法简单高效、环境友好。其制备的压电器件能够有效的监控人体运动，可用于电子皮肤、软体机器人、健康监测、运动监控、可穿戴设备等领域。可穿戴设备等领域。可穿戴设备等领域。
【技术实现步骤摘要】
基于苯丙氨酸衍生物的小分子有机压电材料及其制备方法
[0001]本专利技术属于有机小分子材料/电子器件领域，具体地，涉及一种基于苯丙氨酸衍生物的小分子有机压电材料及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]具有压电效应的材料统称为压电材料，可分为正压电效应(对压电材料施加压力产生电位差)和逆压电效应(对压电材料施加电压产生机械应力)。压电效应自1880年被居里兄弟发现以来，已被广泛用于压电传感、能量收集和滤波换能器等领域。故一种新型压电材料的设计与合成对其实现基础研究和实际应用都具有重要意义。
[0003]压电材料大致可分为无机压电材料(锆钛酸铅压电陶瓷等)、有机压电材料(聚偏氟乙烯等)和复合压电材料。然而，这些材料的制备过程需要高温或熔融淬火技术、长加工时间，以及拉伸和高压极化等其他刺激，耗费大量能量。此外，这些材料中有几种因其有毒重金属含量而对环境造成严重危害，因此无法用于可穿戴电子设备或植入式设备。这些缺点要求通过合理设计原材料和制造方法来开发新型环保压电材料。而有机小分子压电材料因其合成方法简单高效、环境友好，结构可调控，是一类新型的压电材料，可用于电子皮肤、软体机器人、健康监测、运动监控、可穿戴设备等领域。
技术实现思路
[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于苯丙氨酸衍生物的小分子有机压电材料、其制备方法及应用。
[0005]本专利技术的目的是通过以下方案实现的：
[0006]本专利技术提供一种基于苯丙氨酸衍生物的小分子有机压电材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1、将苯丙氨酸衍生物的有机小分子物质溶于醇类溶剂中得到混合溶液；
[0008]步骤2、在混合溶液中加入酸性物质对该有机小分子进行酸掺杂；
[0009]步骤3、溶剂挥发，有机小分子组装即可制得具有不同压电系数的有机压电材料。
[0010]所述步骤1中，苯丙氨酸衍生物的有机小分子物质的结构式如式Ⅰ或式Ⅱ所示：
[0011][0012]其中，R1为二苯胺，R2为氢原子。
[0013]结构式Ⅰ的有机小分子中掺杂酸的摩尔比为1:n，所述n为0.5
‑
2。
[0014]结构式Ⅱ的有机小分子掺杂酸的摩尔比为1:m，所述m为0.5
‑
1.5。
[0015]步骤2中，用于掺杂的酸包括盐酸、氢溴酸、氢碘酸、氯丙酸中的一种或多种。
[0016]所述醇类溶剂包括六氟异丙醇、异丙醇、三氟乙醇、乙醇、正丁醇中的一种或几种。
[0017]作为本专利技术又一实施方式，所述基于苯丙氨酸衍生物的小分子有机压电材料的制备方法，包括以下步骤：
[0018](1)将苯丙氨酸衍生物的有机小分子溶于六氟异丙醇等醇类溶剂中；
[0019](2)加入酸性物质对该有机小分子进行掺杂，溶剂挥发有机小分子组装即可得具有不同压电系数的压电组装体。
[0020]上述所述的制备方法制备得到的基于苯丙氨酸衍生物的小分子有机压电材料也属于本专利技术的保护范围。
[0021]所述的基于苯丙氨酸衍生物的小分子有机压电材料在压电器件中的应用也属于本专利技术的保护范围。
[0022]所述压电器件包括电极、PDMS保护层、有机小分子组装体、Kapton保护层，所述压电器件的制备方法如下：
[0023](1)以金属片为底电极；
[0024](2)采用浸渍
‑
提拉法使有机小分子组装体组装在该基底上；
[0025](3)用PDMS封装制得PDMS保护层覆盖在有机小分子组装体上；；
[0026](4)将另一金属片作为顶电极覆盖在PDMS保护层上，并用Kapton胶封形成Kapton保护层，从而装制得具有压电性能的器件。
[0027]该器件可作为压电传感器，能够敏感的感应环境细微应力，并以电信号的方式反映出来。具体使用方法为将该器件负载到手指，能灵敏完整的记录手指的运动周期、运动幅度，还可分辨所触碰物体硬度。
[0028]所述压电器件可以应用于人体运动检测、电子皮肤等柔性电子领域。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0030](1)、本专利技术一种基于苯丙氨酸衍生物的小分子有机压电材料成分简单，原材料丰富、无毒，分子结构可调，制备过程环境友好；
[0031](2)、本专利技术一种基于苯丙氨酸衍生物的小分子有机压电材料使用的有机小分子可以通过酸掺杂的方式调节材料的压电性能，体系简单、重复性好；
[0032](3)、本专利技术一种基于苯丙氨酸衍生物的小分子有机压电材料的应用基于该材料的压电器件可用于监测人体活动，分辨所接触材料硬度；
[0033](4)、本专利技术酸的掺杂可以提高压电性能，酸和有机分子比例为1:1的时候性能最佳，压电系数随酸掺杂先上升，在有机分子：酸＝1:1时达最大值，继续掺杂所得压电系数下降。
附图说明
[0034]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0035]图1为实施例1中的器件爆炸图；
[0036]图2为实施例1中的实物图；
[0037]图3为实施例1中D
‑
2AD有机小分子组装体在铜上的照片(图3a)和扫描电子显微镜
图像(图3b)；
[0038]图4为实施例1中不同摩尔比盐酸掺杂D
‑
2AD有机小分子组装体PFM振幅与外加电压的线性关系图；
[0039]图5为实施例1中D
‑
2AD：HCl的摩尔比为1:1时器件的断路电压V
OC
和短路电流I
SC
信号图；
[0040]图6为实施例1中总结的D
‑
2AD：HCl的摩尔比为1:(0～2)时器件的断路电压V
OC
和短路电流I
SC
信号图；
[0041]图7为以D
‑
2AD：HCl的摩尔比为1:1时制得的手指形状的柔性压电传感器图；
[0042]图8为该柔性压电器件记录手指运动所产生的电信号图；
[0043]图9为该柔性压电器件记录手指接触不同硬度材料所产生的电信号图；
[0044]图10为实施例2中不同种类酸(盐酸、氢溴酸、氢碘酸)掺杂D
‑
2AD有机小分子组装体PFM振幅与外加电压的线性关系图；
[0045]图11为实施例3中不同手性酸(R
‑
氯丙酸、S
‑
氯丙酸)掺杂D
‑
2AD有机小分子组装体PFM振幅与外加电压的线性关系图；
[0046]图12为实施例4中不同摩尔比盐酸掺杂D
‑
AD有机小分子组装体PFM振幅与外加电压的线性关系图；
[0047]图13为对比例1为对比例1中有无盐酸添加D
‑
2An有机小分子组装体PFM振幅本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于苯丙氨酸衍生物的小分子有机压电材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1、将苯丙氨酸衍生物的有机小分子物质溶于醇类溶剂中得到混合溶液；步骤2、在混合溶液中加入酸性物质对该有机小分子进行酸掺杂；步骤3、溶剂挥发，有机小分子组装即可制得具有不同压电系数的有机压电材料。2.根据权利要求1所述的基于苯丙氨酸衍生物的小分子有机压电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，苯丙氨酸衍生物的有机小分子物质的结构式如式Ⅰ或式Ⅱ所示：其中，R1为二苯胺，R2为氢原子。3.根据权利要求2所述的基于苯丙氨酸衍生物的小分子有机压电材料的制备方法，其特征在于，结构式Ⅰ的有机小分子中掺杂酸的摩尔比为1:n，所述n为0.5
‑
2。4.根据权利要求2所述的基于苯丙氨酸衍生物的小分子有机压电材料的制备方法，其特征在于，结构式Ⅱ的有机小分子掺杂酸的摩尔比为1:m，所述m为0.5
‑
1.5。5.根据权利要求1所述的基于苯丙氨酸衍生物的小分子有机压电材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，用于掺杂的酸包括盐酸、氢溴酸...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯传良，夏婧怡，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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