聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器及其製備方法

2023-07-02 05:15:26 1

專利名稱：聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器及其製備方法
技術領域：
本發明屬於聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器及其製備方法。
背景技術：
聚偏氟乙烯壓電薄膜是一種在軍工和民用都具有廣泛用途，十分重要的新材料，由於它對於所加應力能產生電信號，所以是智能結構中理想的傳感元件。隨著計算機技術的飛速發展，電子白板也應運而生，國內亦有多家電子白板的生產廠家，這給聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器提供了很大的應用空間和潛力，因此，聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器將受到越來越廣泛的重視和應用。但是國內至今沒有專門生產用於電子白板的聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器的廠家。1975年Naohiro Murayama；Takao Oikawa等人在美國專利US3878274上公開的題為「聚偏氟乙烯樹脂薄膜加工過程」中，描述了壓電薄膜的製備方法採用懸浮聚合得到的聚偏氟乙烯樹脂粉末，擠出成膜，進行3.5倍的拉伸，拉伸分為兩種方式垂直於纏繞方向；平行於纏繞方向。將鋁電極沉積於薄膜表面，對薄膜進行極化處理，其拉伸溫度100～130℃；極化溫度90℃；極化電壓50～2000KV/cm之間；極化時間30分鐘；熱處理溫度為70℃，熱處理時間1小時。該技術的拉伸倍率不能達到高的晶型轉化以及電疇的有序取向，因而影響薄膜的壓電性能，技術亦不能連續化加工聚合物壓電薄膜。對壓電薄膜傳感器的製備和生產仍沒有較好的解決辦法。

發明內容
為了解決用於電子白板的聚偏氟乙烯壓電薄膜已有技術的不足，本發明的目的是提供一種聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器及其製備方法。
實施本發明的技術方案如下它由聚偏氟乙烯材料製成的側面帶有耳狀的電極3和4的長方形的基片薄膜1，在基片薄膜1上面有鍍鋁層或鍍銀層或鍍銀鍍鋁層2，電極3和4上分別有小孔5和6；將與引出電極平行的基片薄膜1的兩邊粘結成圓筒狀的聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器。
聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器的製作方法如下採用聚偏氟乙烯樹脂作原料，在擠出機頭溫度為200℃-250℃下進行擠出成膜，擠出時利用調節牽引機的速度來控制膜的厚度，所得膜的寬度為145mm，厚度為90～110μm；再在同步拉伸極化設備上對該擠出成膜進行同步拉伸極化，拉伸比為4.5∶1，拉伸溫度為65～90℃，極化電場為20～80MV/m，製得厚度為30～50μm傳感器基片薄膜1。壓電常數d33為10～23pC/N；然後利用模具對傳感器基片薄膜1進行真空鍍膜，蒸鍍鍍銀層或鍍鋁層或鍍銀鍍鋁層2，鍍層2的厚度為50～100nm，鍍膜的真空度為1×10-3～5×10-3Pa；之後從薄膜的側面分別引出電極3和4，兩個電極3和4的寬度均為3.5mm，長度均為8.5～10mm，每個電極3和4上分別做出小孔5和6，兩個電極3和4之間的距離是21.6mm，小孔5和6的直徑均為1.3mm；將與引出電極平行的薄膜的兩邊粘結，製得周長為38.7～38.9mm，高為12.0～12.2mm的圓筒狀的聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器。該傳感器厚度為30～50μm。電容為1050～1250pF，壓電常數d33為10～23pC/N，可以在0～60℃下正常工作。
本發明採用擠出機擠出成膜，由於拉伸極化時的拉伸倍率大，並且同步完成拉伸和極化，因此提高了晶型轉化率，從而壓電常數增大，薄膜厚度減小，電容增大，達到應用的要求。真空鍍膜時銀和鋁的共同使用使所鍍電極牢固、均勻，保證了電極的順利引出。本發明的特點在於傳感器的製備工藝簡便，易於操作和掌握，成本較低並且壓電傳感器的性能優良。


圖1為聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器的平面展開結構示意圖。
圖2為圓筒狀聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器結構示意圖。
具體實施例方式
實施例1將粒狀樹脂在機頭溫度240℃下擠出成膜，在70℃和40MV/m的場電下拉伸4.5倍，然後在1×10-3Pa真空度下利用模具鍍鋁和銀，先鍍鋁電極為55nm，然後鍍銀電極為16nm，最後引出電極。得到的傳感器的形狀是周長為38.8mm。高為12.0mm的圓筒狀，兩電極之間的距離是21.6mm，傳感器的厚度為49.5μm，電容為1080pF，壓電常數d33為11pC/N。將此傳感器應用到電子白板中性能穩定，良好。
實施例2將粒狀樹脂在機頭溫度240℃擠出成膜，在75℃和50MV/m的電壓下拉伸4.5倍，然後在2.5×10-3Pa真空度下利用模具鍍鋁和銀，先鍍鋁電極為40nm，然後鍍銀電極為25nm，最後引出電極。得到的傳感器的形狀是周長為38.8mm。高為12.0mm的圓筒狀，兩電極之間的距離是21.6mm，傳感器的厚度為45μm，電容為1120pF，壓電常數d33為15pC/N。將此傳感器應用到電子白板中性能穩定，良好。
實施例3將粒狀樹脂在機頭溫度240℃擠出成膜，在82℃和58MV/m的電場下拉伸4.5倍，然後在3.8×10-3Pa真空度下利用模具鍍鋁和銀，先鍍銀電極為30nm，然後鍍鋁電極為40nm，最後引出電極。得到的傳感器的形狀是周長為38.8mm。高為12.0mm的圓筒狀，兩電極之間的距離是21.6mm，傳感器的厚度為40μm，電容為1180pF，壓電常數d33為18pC/N。將此傳感器應用到電子白板中性能穩定，良好。
實施例4將粒狀樹脂在機頭溫度240℃擠出成膜，在85℃和75MV/m的電場下拉伸4.5倍，然後在4.5×10-3Pa真空度下利用模具鍍鋁和銀，先鍍銀電極為10nm，然後鍍鋁電極為65nm，最後引出電極。得到的傳感器的形狀是周長為38.8mm。高為12.0mm的圓筒狀，兩電極之間的距離是21.6mm，傳感器的厚度為35μm，電容為1220pF，壓電常數d33為22pC/N。將此傳感器應用到電子白板中性能穩定，良好。
實施例5將粒狀樹脂在機頭溫度240℃擠出成膜，在90℃和40MV/m的電場下拉伸4.5倍，然後在2×10-3Pa真空度下利用模具鍍鋁和銀，先鍍銀電極為20nm，然後鍍鋁電極為75nm，最後引出電極。得到的傳感器的形狀是周長為38.8mm。高為12.0mm的圓筒狀，兩電極之間的距離是21.6mm，傳感器的厚度為39μm，電容為1200pF，壓電常數d33為16pC/N。將此傳感器應用到電子白板中性能穩定，良好。
權利要求
1.一種聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器，其特徵在於，它由聚偏氟乙烯材料製成的側面帶有耳狀的電極(3)和(4)的長方形的基片薄膜(1)，在基片薄膜(1)上面有鍍鋁層或鍍銀層或鍍銀鍍鋁層(2)，電極(3)和(4)上分別有小孔(5)和(6)，將與引出電極平行的基片薄膜1的兩邊粘結成圓筒狀構成的聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器。
2.如權利要求1所述的聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器，其特徵在於，所說的傳感器的基片薄膜(1)的厚度為30～50μm；鍍膜層(2)的厚度為50～100nm。
3.如權利要求2所述的聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器，其特徵在於，所說的兩個電極(3)和(4)的寬度均為3.5mm，長度均為8.5～10mm；兩個電極(3)和(4)之間的距離是21.6mm，小孔(5)和(6)的直徑均為1.3mm；該傳感器的周長為38.7～38.9mm，高為12.0～12.2mm。
4.如權利要求1所述的聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器的製作方法，其特徵在於，其製作的步驟和條件如下採用聚偏氟乙烯樹脂作原料，在擠出機頭溫度為200℃-250℃下進行擠出成膜，擠出時利用調節牽引機的速度來控制膜的厚度，所得膜的寬度為145mm，厚度為90～110μm；再在同步拉伸極化設備上對該擠出成膜進行同步拉伸極化，拉伸比為4.5∶1，拉伸溫度為65～90℃，極化電場為20～80MV/m，製得厚度為30-50μm基片薄膜(1)；然後利用模具對傳感器基片薄膜(1)進行真空鍍膜，蒸鍍鍍銀層或鍍鋁層或鍍銀鍍鋁層(2)；鍍膜層的厚度為50～100nm，鍍膜的真空度為1×10-3～5×10-3Pa；之後從薄膜的側面分別引出電極(3)和(4)；電極(3)和(4)上分別做出小孔(5)和(6)；最後將與引出電極平行的薄膜的兩邊粘結，製得圓筒狀的聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器。
全文摘要
本發明屬於聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器及其製備方法。傳感器為長方形薄片狀，厚度為30～50μm。將聚偏氟乙烯樹脂擠出成膜，然後進行同步拉伸極化，利用模具進行真空鍍膜，獲得具有壓電效應的適合用於電子白板的傳感器。拉伸比為4.5∶1，極化溫度為65～90℃，極化電場為20～80MV/m。鍍膜材料為銀和鋁，電極的厚度為50～100nm，鍍膜的真空度為1×10
文檔編號H01L41/22GK1819293SQ20051011911
公開日2006年8月16日 申請日期2005年12月28日 優先權日2005年12月28日
發明者劉雅言, 吳亞男, 郇彥, 楊一飛, 郭川 申請人:中國科學院長春應用化學研究所