本發(fā)明涉及一種無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
：壓電陶瓷是一類(lèi)在電子行業(yè)應(yīng)用廣泛的高新技術(shù)材料。但目前大規(guī)模使用的是鋯鈦酸鉛Pb(Zr,Ti)O3基壓電陶瓷(稱(chēng)為PZT基壓電陶瓷)，PZT基壓電陶瓷中Pb含量高達(dá)60wt.％以上，在其制備、使用、廢棄過(guò)程中都會(huì)對(duì)人類(lèi)身體健康及其生存環(huán)境造成危害。因此研發(fā)壓電性能優(yōu)異，環(huán)境友好的無(wú)鉛壓電陶瓷是一項(xiàng)迫切的、具有重要社會(huì)意義的課題。另外，人類(lèi)對(duì)小型化和輕量化設(shè)備的需求與日俱增，微型傳感器是科研人員熱衷的研究方向，然而由于壓電陶瓷的特性，使得現(xiàn)有壓電陶瓷薄膜一般都是以硅或二氧化硅等硬性材料為基底制成的，目前尚未有關(guān)于柔性壓電陶瓷薄膜的研究報(bào)道。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法，通過(guò)該方法制備的薄膜具有極強(qiáng)的柔性，同時(shí)具有較好的壓電效果。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)手段解決上述技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的一種無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：步驟1)將未被極化過(guò)的無(wú)鉛壓電陶瓷粉體溶解在去離子水中得混合液；步驟2)準(zhǔn)備兩塊絕緣薄膜，在每塊薄膜的一側(cè)均勻涂抹一層導(dǎo)電膠；步驟3)將步驟2中的一塊薄膜置于混合液的底部，將薄膜涂有導(dǎo)電膠的一側(cè)朝上，然后靜止一段時(shí)間進(jìn)行沉淀得無(wú)鉛壓電陶瓷粉體沉淀層，所述沉淀層厚度達(dá)到0.05-0.9mm，加熱烘干所述沉淀層，烘干溫度小于90℃；步驟4)將步驟2中另一塊薄膜鋪設(shè)在沉淀層上方，將薄膜涂有導(dǎo)電膠的一側(cè)朝下，得無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜中間體；步驟5)壓合無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜中間體；步驟6)對(duì)步驟5中壓合后的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜中間體進(jìn)行極化處理得具有柔性的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜。進(jìn)一步，所述未被極化過(guò)的無(wú)鉛壓電陶瓷粉體按照以下方法制得：a)制備所述無(wú)鉛壓電陶瓷粉體所用的原料為化學(xué)純Na2CO3、K2CO3、Nb(OH)5、V2O5，將原料按化學(xué)式(Na0.52K0.48)(Nb0.86V0.14)O3的配比進(jìn)行稱(chēng)量、配料；b)將Na2CO3、K2CO3分別與EDTA混合得鈉及鉀的螯合物；c)將步驟b中得到的鈉及鉀的螯合物與Nb(OH)5、V2O5和氨水充分混合，然后對(duì)上述混合物進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度為400-600攝氏度，保溫3-4h,合成鈮酸鉀鈉基無(wú)鉛壓電陶瓷粉體。進(jìn)一步，步驟6中所述極化處理，采用以下方式：將壓合后的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜中間體置于微波環(huán)境中，調(diào)整微波頻率使其與無(wú)鉛壓電陶瓷粉體之間產(chǎn)生諧振，當(dāng)微波加熱升溫至70-80℃時(shí)，對(duì)粉體加高壓3500-4300伏/毫米(粉體厚度)，保持溫度20-60分鐘。進(jìn)一步，步驟3中沉淀層厚度為0.3-0.5mm。進(jìn)一步，步驟5中壓合無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜中間體所需壓力為150-300N/m2。進(jìn)一步，所述步驟3采用以下方法：將步驟2中的一塊薄膜置于混合液的底部，將薄膜涂有導(dǎo)電膠的一側(cè)朝上，然后靜止一段時(shí)間進(jìn)行沉淀得無(wú)鉛壓電陶瓷粉體沉淀層，向沉淀層上方的溶液中滴加弱酸，反應(yīng)一段時(shí)間后，去除沉淀層上方溶液，然后再加熱烘干所述沉淀層。本發(fā)明的有益效果：1)通過(guò)本發(fā)明的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法制備得到了壓電效應(yīng)較好，具有柔性的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜。2)本發(fā)明的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜中含有V元素，使得壓電陶瓷薄膜對(duì)低強(qiáng)度高頻率的聲波具有較高的靈敏度和響應(yīng)速度。3)本發(fā)明的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法中采用了微波輔助極化方法，通過(guò)微波與無(wú)鉛壓電陶瓷粉體之間的諧振及微波加熱效應(yīng)可顯著降低矯頑場(chǎng)Ec，使得極化電壓得以顯著降低，從而降低了廢品率。具體實(shí)施方式以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：實(shí)施例1無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法本實(shí)施例中的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法包括以下步驟：步驟1)將未被極化過(guò)的無(wú)鉛壓電陶瓷粉體溶解在去離子水中得混合液，所述所述未被極化過(guò)的無(wú)鉛壓電陶瓷粉體按照以下方法制得：a)制備所述無(wú)鉛壓電陶瓷粉體所用的原料為化學(xué)純Na2CO3、K2CO3、Nb(OH)5、V2O5，將原料按化學(xué)式(Na0.52K0.48)(Nb0.86V0.14)O3的配比進(jìn)行稱(chēng)量、配料；b)將Na2CO3、K2CO3分別與EDTA混合得鈉及鉀的螯合物；c)將步驟b中得到的鈉及鉀的螯合物與Nb(OH)5、V2O5和氨水充分混合，然后對(duì)上述混合物進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度為600攝氏度，保溫3-4h,合成鈮酸鉀鈉基無(wú)鉛壓電陶瓷粉體。步驟2)準(zhǔn)備兩塊絕緣薄膜，在每塊薄膜的一側(cè)均勻涂抹一層導(dǎo)電膠；步驟3)將步驟2中的一塊薄膜置于混合液的底部，將薄膜涂有導(dǎo)電膠的一側(cè)朝上，然后靜止一段時(shí)間進(jìn)行沉淀得無(wú)鉛壓電陶瓷粉體沉淀層，所述沉淀層厚度達(dá)到0.5mm，向沉淀層上方的溶液中滴加弱酸以便中和從沉淀層滲透出來(lái)的導(dǎo)電膠中的金屬離子，中和反應(yīng)3-5分鐘后，去除沉淀層上方溶液，然后加熱烘干所述沉淀層，烘干溫度為60℃；步驟4)將步驟2中另一塊薄膜鋪設(shè)在沉淀層上方，將薄膜涂有導(dǎo)電膠的一側(cè)朝下，得無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜中間體；步驟5)壓合無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜中間體，壓力為200N/m2，時(shí)間10-20分鐘；步驟6)對(duì)步驟5中壓合后的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜中間體進(jìn)行極化處理得具有柔性的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜；所述極化處理，采用以下方式：將壓合后的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜中間體置于微波環(huán)境中，調(diào)整微波頻率使其與無(wú)鉛壓電陶瓷粉體之間產(chǎn)生諧振，當(dāng)微波加熱升溫至75℃時(shí)，對(duì)粉體加高壓3800伏/毫米(粉體厚度)，保持溫度50分鐘。實(shí)施例2無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法本實(shí)施例中的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法包括以下步驟：步驟1)將未被極化過(guò)的無(wú)鉛壓電陶瓷粉體溶解在去離子水中得混合液，所述所述未被極化過(guò)的無(wú)鉛壓電陶瓷粉體按照以下方法制得：a)制備所述無(wú)鉛壓電陶瓷粉體所用的原料為化學(xué)純Na2CO3、K2CO3、Nb(OH)5、V2O5，將原料按化學(xué)式(Na0.52K0.48)(Nb0.86V0.14)O3的配比進(jìn)行稱(chēng)量、配料；b)將Na2CO3、K2CO3分別與EDTA混合得鈉及鉀的螯合物；c)將步驟b中得到的鈉及鉀的螯合物與Nb(OH)5、V2O5和氨水充分混合，然后對(duì)上述混合物進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度為500攝氏度，保溫3h,合成鈮酸鉀鈉基無(wú)鉛壓電陶瓷粉體。步驟2)準(zhǔn)備兩塊絕緣薄膜，在每塊薄膜的一側(cè)均勻涂抹一層導(dǎo)電膠；步驟3)將步驟2中的一塊薄膜置于混合液的底部，將薄膜涂有導(dǎo)電膠的一側(cè)朝上，然后靜止一段時(shí)間進(jìn)行沉淀得無(wú)鉛壓電陶瓷粉體沉淀層，所述沉淀層厚度達(dá)到0.7mm，向沉淀層上方的溶液中滴加弱酸以便中和從沉淀層滲透出來(lái)的導(dǎo)電膠中的金屬離子，中和反應(yīng)3-5分鐘后，去除沉淀層上方溶液，然后加熱烘干所述沉淀層，烘干溫度為70℃；步驟4)將步驟2中另一塊薄膜鋪設(shè)在沉淀層上方，將薄膜涂有導(dǎo)電膠的一側(cè)朝下，得無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜中間體；步驟5)壓合無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜中間體，壓力為250N/m2，時(shí)間10-20分鐘；步驟6)對(duì)步驟5中壓合后的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜中間體進(jìn)行極化處理得具有柔性的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜；所述極化處理，采用以下方式：將壓合后的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜中間體置于微波環(huán)境中，調(diào)整微波頻率使其與無(wú)鉛壓電陶瓷粉體之間產(chǎn)生諧振，當(dāng)微波加熱升溫至80℃時(shí)，對(duì)粉體加高壓4000伏/毫米(粉體厚度)，保持溫度50分鐘。對(duì)從上述實(shí)施例中獲得的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜進(jìn)行電學(xué)性能測(cè)試。結(jié)果如下：實(shí)施例d33(pC/N)kp(％)εrρr(％)Pr(μC/cm2)Tc(℃)12604174587224502258407358622440最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3