JPS63217674A - 複合圧電体材料 - Google Patents
複合圧電体材料Info
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- JPS63217674A JPS63217674A JP62050286A JP5028687A JPS63217674A JP S63217674 A JPS63217674 A JP S63217674A JP 62050286 A JP62050286 A JP 62050286A JP 5028687 A JP5028687 A JP 5028687A JP S63217674 A JPS63217674 A JP S63217674A
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Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
Ａ、産業上の利用分野
この発明はセラミックス粉と高分子合成樹脂とからなる
複合圧電体材料、特にその圧電定数の向上に関するもの
である。
複合圧電体材料、特にその圧電定数の向上に関するもの
である。
Ｂ０発明の概要
この発明は圧電定数ができるだけ高くなるようにした複
合圧電体材料に関するものであり、粒径１〜６０μｍの
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）粉８０〜９５＊ｔ％と
、カーボンブラック２．０〜４．５ｐｈｒと、残部ビニ
リデンフルオロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重
合体（テクノフロンＬＨＦ（フッ素樹脂 日米ゼオン■
製））とを混練してなるものである。
合圧電体材料に関するものであり、粒径１〜６０μｍの
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）粉８０〜９５＊ｔ％と
、カーボンブラック２．０〜４．５ｐｈｒと、残部ビニ
リデンフルオロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重
合体（テクノフロンＬＨＦ（フッ素樹脂 日米ゼオン■
製））とを混練してなるものである。
Ｃ１従来の技術
圧電体材料は、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸
ジルコン酸鉛（Ｐ Ｚ Ｔ ： Ｐｂ（２ｒ、Ｔｉ）０
３）等のセラミックス系圧電体材料と、ポリビニリデン
フルオロライド（ＰＶＤＦ）に代表される高分子系圧電
体材料とに大別される。
ジルコン酸鉛（Ｐ Ｚ Ｔ ： Ｐｂ（２ｒ、Ｔｉ）０
３）等のセラミックス系圧電体材料と、ポリビニリデン
フルオロライド（ＰＶＤＦ）に代表される高分子系圧電
体材料とに大別される。
セラミックス系圧電体材料は圧電特性が高いが薄膜化、
大面積化が困難であるのに対し、高分子系圧電体材料は
薄膜化、大面積化が容易であるがセラミックス系圧電体
材料に比べ圧電特性が本質的に低い。つまりセラミック
ス系圧電体材料と高分子系圧電体材料の長所短所は裏腹
になっている。
大面積化が困難であるのに対し、高分子系圧電体材料は
薄膜化、大面積化が容易であるがセラミックス系圧電体
材料に比べ圧電特性が本質的に低い。つまりセラミック
ス系圧電体材料と高分子系圧電体材料の長所短所は裏腹
になっている。
近年、互いの短所を互いの長所で補い、互いの長所をの
ばすべく、圧電性高分子のマトリックス中に圧電性セラ
ミックス粉を混練してなる複合圧電体材料が研究されて
きている。
ばすべく、圧電性高分子のマトリックス中に圧電性セラ
ミックス粉を混練してなる複合圧電体材料が研究されて
きている。
この複合圧電体材料は次の■〜■のような特徴を有して
いる。
いる。
■セラミックス系圧電体材料と比較して大面積化、薄膜
化が容易である（２０〜２００μｍ程度の厚さに成膜で
きる）。
化が容易である（２０〜２００μｍ程度の厚さに成膜で
きる）。
■セラミックス系圧電体材料と比較して柔軟性があり、
欠けたり割れたりすることがない。
欠けたり割れたりすることがない。
■加工特性が良いため、自由な形状に成型できる。
■圧電性ＰＶＤＦと比較して厚さ、硬さの調整が可能な
ため、組み立て等での取り扱いが容易である。
ため、組み立て等での取り扱いが容易である。
■圧電性ＰＶＤＦと比較して圧電定数の面内異方性がな
い。
い。
（ＰＶＤＦ延伸方向ｄ３＋＝２０〜３０ｘ １０−”Ｃ
／Ｎ反延伸方向ｄ３゜＝ ４〜５Ｘ １Ｏ−Ｉ２Ｃ／Ｎ
）■圧電定数の温度依存性は、セラミックスのキューリ
点と高分子の融点とで決定できる。
／Ｎ反延伸方向ｄ３゜＝ ４〜５Ｘ １Ｏ−Ｉ２Ｃ／Ｎ
）■圧電定数の温度依存性は、セラミックスのキューリ
点と高分子の融点とで決定できる。
しかし、単に圧電性セラミックス粉と高分子マトリック
スとを混練するだけでは、圧電定数の高い複合圧電体材
料は得られない。これは、複合圧電体素子を分極させる
際、セラミックスとマトリクスの誘電率の違いから、分
極電圧がほとんどマトリクスにかかってしまい、セラミ
ックスを完全分極させるまで至らないからである。
スとを混練するだけでは、圧電定数の高い複合圧電体材
料は得られない。これは、複合圧電体素子を分極させる
際、セラミックスとマトリクスの誘電率の違いから、分
極電圧がほとんどマトリクスにかかってしまい、セラミ
ックスを完全分極させるまで至らないからである。
絶縁破壊寸前での高電界下（１５〜２０ ｋＶ／ｍｍｌ
に長時間（３ｈ以上）さらしてセラミックスを完全に分
極させたとしても、圧電定数ｄ ３１＋ ｄ ３３とし
て電荷を取り出す際、セラミックス周辺の誘電率の低い
マトリックスのため、複合圧電体素子の表面に現われる
電荷は小さい値となってしまう。
に長時間（３ｈ以上）さらしてセラミックスを完全に分
極させたとしても、圧電定数ｄ ３１＋ ｄ ３３とし
て電荷を取り出す際、セラミックス周辺の誘電率の低い
マトリックスのため、複合圧電体素子の表面に現われる
電荷は小さい値となってしまう。
そこで、直流体積抵抗が大きくかつ誘電率の大きな高分
子が各種求められているわけである。そして、現在、高
分子マトリクスとして主にＰＶＤＦが用いられている。
子が各種求められているわけである。そして、現在、高
分子マトリクスとして主にＰＶＤＦが用いられている。
Ｄ１発明が解決しようとする問題点
上記のような従来の複合圧電体材料は高分子マトリック
スとしてＰＶＤＦを使用しており、ＰＶＤＦは融点（Ｔ
ｍ ）が１８０℃と高く、Ｔ＋ｎを越えてもそれほど粘
度の低下が見られず、ＰＺＴを大量に混練すると硬くな
って薄膜化が困難になるので、高分子マトリックスにＰ
ＺＴを大量に混練して圧電定数を高めることが困難であ
るという問題点があった。
スとしてＰＶＤＦを使用しており、ＰＶＤＦは融点（Ｔ
ｍ ）が１８０℃と高く、Ｔ＋ｎを越えてもそれほど粘
度の低下が見られず、ＰＺＴを大量に混練すると硬くな
って薄膜化が困難になるので、高分子マトリックスにＰ
ＺＴを大量に混練して圧電定数を高めることが困難であ
るという問題点があった。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、ＰＺＴを、薄膜化可能の範囲で、できるだけ大量
に混練し、圧電定数をできるだけ高めるようにした複合
圧電体材料を得ることを目的とする。
ので、ＰＺＴを、薄膜化可能の範囲で、できるだけ大量
に混練し、圧電定数をできるだけ高めるようにした複合
圧電体材料を得ることを目的とする。
Ｅ９問題点を解決するための手段と作用ビニリデンフル
オロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（テク
ノフロンＬＨＦＣフッ素樹脂 白木ゼオン■製））は誘
電率がＰＶＤＦ並に高く、作業性もよりよい高分子合成
樹脂である。本発明者らはテクノフロンＬＨＦのかかる
特性に着目し、この高分子合成樹脂をマトリックスとし
て試みた結果、この発明を完成させるに至った。
オロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（テク
ノフロンＬＨＦＣフッ素樹脂 白木ゼオン■製））は誘
電率がＰＶＤＦ並に高く、作業性もよりよい高分子合成
樹脂である。本発明者らはテクノフロンＬＨＦのかかる
特性に着目し、この高分子合成樹脂をマトリックスとし
て試みた結果、この発明を完成させるに至った。
この発明に係る複合圧電体材料は、粒径１〜６０μｍの
セラミクス粉８０〜９５ｗｔ％と、カーボンブラック２
．０〜４．５ｐｈｒと、残部テクノフロンＬＨＦとより
構成させることにより上記問題点を解決したものである
。
セラミクス粉８０〜９５ｗｔ％と、カーボンブラック２
．０〜４．５ｐｈｒと、残部テクノフロンＬＨＦとより
構成させることにより上記問題点を解決したものである
。
テクノフロンＬＨＦにカーボンブラックを微量添加し、
作業性の高い高話電率マトリクスとして操作を行った。
作業性の高い高話電率マトリクスとして操作を行った。
混練するセラミックス粉は、粒径１〜６０μｍとした。
１μｍ未満にすると粒子表面積増大のため、混練時の粘
度が著しく上昇し、作業性が悪化するからであり、粒径
６ｏμｍを越えると複合圧電体を薄膜化した時にセラミ
ックス粒子が表面から出てきてしまい、分極時に粒界を
通じて短絡電流が流れてしまうからである。
度が著しく上昇し、作業性が悪化するからであり、粒径
６ｏμｍを越えると複合圧電体を薄膜化した時にセラミ
ックス粒子が表面から出てきてしまい、分極時に粒界を
通じて短絡電流が流れてしまうからである。
セラミックス粉は複合体に対し８０〜９５ｗｔ％の二を
投入した。８０ｗｔ％未満では圧電定数が低く、９５ｗ
ｔ％を越えると膜に柔軟性がなくなるからである。
投入した。８０ｗｔ％未満では圧電定数が低く、９５ｗ
ｔ％を越えると膜に柔軟性がなくなるからである。
カーボンブラックはマトリクスに対し２．０ｐｈｒ〜４
．５ｐｈｒと微量添加した。２．０ｐｈｒ未満ではカー
ボンブラック添加効果はあまり認められず、４．５ｐｈ
ｒを越えると体積抵抗率（ρ■）が低下し、分極が困難
になるからである。
．５ｐｈｒと微量添加した。２．０ｐｈｒ未満ではカー
ボンブラック添加効果はあまり認められず、４．５ｐｈ
ｒを越えると体積抵抗率（ρ■）が低下し、分極が困難
になるからである。
テクノフロンＬＨＦと、カーボンブラックと、ＰＺＴと
は二本ロールで混練してもよいし、溶媒中で混合しても
よい。
は二本ロールで混練してもよいし、溶媒中で混合しても
よい。
Ｆ、実施例
実施例−１
テクノフロンＬＨＦ（日本ゼオン■製）にカーボンブラ
ック（ライオンアクゾ■製 ＥＣ−ＤＪ６００ ）を、
全量が１００ｇとなるように、第１表の配合比に従って
添加し、二本ロールで混練し、これに更に粒径１〜６０
μｍのＰＺＴを４００ｇ加えて混練した。この混練で得
られた複合圧電体材料のセラミックスの充填率は８０ｗ
ｔ％となる。
ック（ライオンアクゾ■製 ＥＣ−ＤＪ６００ ）を、
全量が１００ｇとなるように、第１表の配合比に従って
添加し、二本ロールで混練し、これに更に粒径１〜６０
μｍのＰＺＴを４００ｇ加えて混練した。この混練で得
られた複合圧電体材料のセラミックスの充填率は８０ｗ
ｔ％となる。
このセラミックス８０ｗｔ％の複合圧電体材料１００ｇ
を取り、二本ロールに巻いている状態で、更にＰＺＴ３
３ｇ、１００ｇ、１５０ｇ、３００ｇを各々加えた複合
圧電体材料を作った。
を取り、二本ロールに巻いている状態で、更にＰＺＴ３
３ｇ、１００ｇ、１５０ｇ、３００ｇを各々加えた複合
圧電体材料を作った。
これらの複合圧電体材料のセラミクスの充填率は順に８
５Ｗし％、９０ｗｔ％、９２ｗｔ％、９５ｗｔ％となる
。
５Ｗし％、９０ｗｔ％、９２ｗｔ％、９５ｗｔ％となる
。
これらの複合圧電体材料をプレス（１００ｔｏｎ）でシ
ート状にし、所定の形状に切出した後、表裏両面にスパ
ッタリングにて電極付けを行い、７０℃設定の恒温槽内
にて直流電界１０ ｋｖ／ｍｍを３ｈ印加し、その後、
この電界を印加させたままの状態で急冷し、試料を得た
。
ート状にし、所定の形状に切出した後、表裏両面にスパ
ッタリングにて電極付けを行い、７０℃設定の恒温槽内
にて直流電界１０ ｋｖ／ｍｍを３ｈ印加し、その後、
この電界を印加させたままの状態で急冷し、試料を得た
。
試料は電極両端を短絡させた状態で４８ｈ以上放置した
後、圧電定数６３１を測定した。その結果を第１表に示
す。
後、圧電定数６３１を測定した。その結果を第１表に示
す。
第１表
２．０ ８０ １８
８０ ３．０ ８０ １６
４．０ ８０ １９
４．５ ８０ ２０
２．０ ８５ ２０
８５ ３．０ ８５ ２３
４．０ ８２ ２５
４．５ ８５ ２９
２．０ ９Ｂ ２０
１ ９０ ３．０ １００ ２８４．０
１０２ ３０ ４．５ ９５ ３９ ２．０ １２０ ２１ ９２ ３．０ １１５ ２５ ４．０ １０５ ２９ ４．５ １３１ ３８ ２．０ １７０ ２０ ９５ ３．０ ＋９０
２７４．０ １６８ ３１ ４．５ ２０１ ３８ 実施例−２ 組成は実施例−１と同条件であるが、マトリックスを溶
媒ＤＢＴ（ジブチルフォスフェート）に溶かし、所定の
配合比のカーボンブラックと８０．８５．９０．９２．
９５ｗｔ％となる量のＰＺＴを添加攪拌し、ＤｒＢｌａ
ｄｅ法にて製膜した。これを真空乾燥炉（５ｔｏｎ以下
−１００℃−１０ｍ１ｎ）にて溶媒キャストを行い、実
施例−１と同操作にて切出、電極付、分極、測定を行っ
た。その結果を第２表に示等。
１０２ ３０ ４．５ ９５ ３９ ２．０ １２０ ２１ ９２ ３．０ １１５ ２５ ４．０ １０５ ２９ ４．５ １３１ ３８ ２．０ １７０ ２０ ９５ ３．０ ＋９０
２７４．０ １６８ ３１ ４．５ ２０１ ３８ 実施例−２ 組成は実施例−１と同条件であるが、マトリックスを溶
媒ＤＢＴ（ジブチルフォスフェート）に溶かし、所定の
配合比のカーボンブラックと８０．８５．９０．９２．
９５ｗｔ％となる量のＰＺＴを添加攪拌し、ＤｒＢｌａ
ｄｅ法にて製膜した。これを真空乾燥炉（５ｔｏｎ以下
−１００℃−１０ｍ１ｎ）にて溶媒キャストを行い、実
施例−１と同操作にて切出、電極付、分極、測定を行っ
た。その結果を第２表に示等。
第２表
２．０ ８０ １５
８０ ３、Ｇ ８（１１７
４，０８０１８
４，５８０２０
２，０８０１Ｂ
８５ ３．０ ８０ ２２
４．０ ８０ ２３
４．５ ８０ ３０２．０
８０ ２０２ ９０
３．０ ８０ ３０４．０ ８０
３７４．５ ８０ ４１ ２．０ ８０ ２０９２
３．０ ８０ ２７ ４．０ ８０ ３５ ４．５ ８０，３９ ２．０ ８０ ２０ ９５ ３．０ ８０ ２２ ４．０ ８０ ２７ ４．５ ８０ ３２比較例−
１ マトリクスをＰＶＤＦとし、その他の条件は実施例−１
と同様として実験を行った。その結果を第３表に示す。
８０ ２０２ ９０
３．０ ８０ ３０４．０ ８０
３７４．５ ８０ ４１ ２．０ ８０ ２０９２
３．０ ８０ ２７ ４．０ ８０ ３５ ４．５ ８０，３９ ２．０ ８０ ２０ ９５ ３．０ ８０ ２２ ４．０ ８０ ２７ ４．５ ８０ ３２比較例−
１ マトリクスをＰＶＤＦとし、その他の条件は実施例−１
と同様として実験を行った。その結果を第３表に示す。
第３表
２．０ １２０ １０８
０ ３．０ １２３
１５４．０ １１９
１９４．５ １２１
２２２．０ １４０
１７８５ ３．０ １
４０ ２０４．０ １３
７ ２４４．５ １３
９ ２９２．０ １８３
２７９０ ３．０
１９１ ３２４．０
１８７ ３５４．５
１９５ ３８２．０−
− ！１２ ３．０ −
−４．０ −
−４．５ −
−２．０ −
−９５ ３．０−一 ４．０ − −４
．５ − −■
ＰＺＴ９２ｗｔ％、９５ｗｔ％のものは製膜不能であっ
た。
０ ３．０ １２３
１５４．０ １１９
１９４．５ １２１
２２２．０ １４０
１７８５ ３．０ １
４０ ２０４．０ １３
７ ２４４．５ １３
９ ２９２．０ １８３
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１９１ ３２４．０
１８７ ３５４．５
１９５ ３８２．０−
− ！１２ ３．０ −
−４．０ −
−４．５ −
−２．０ −
−９５ ３．０−一 ４．０ − −４
．５ − −■
ＰＺＴ９２ｗｔ％、９５ｗｔ％のものは製膜不能であっ
た。
Ｇ６発明の効果
この発明は以上説明したとおり、成膜可能の範囲でＰＺ
Ｔを大量に添加できるので、従来の複合圧電材料よりも
圧電定数の高い複合圧電体材料を得ることができるとい
う効果がある。換言すれば、ＰＶＤＦ系複合膜に比べ同
操作で非常に薄い膜を得ることができるという効果があ
る。
Ｔを大量に添加できるので、従来の複合圧電材料よりも
圧電定数の高い複合圧電体材料を得ることができるとい
う効果がある。換言すれば、ＰＶＤＦ系複合膜に比べ同
操作で非常に薄い膜を得ることができるという効果があ
る。
Claims (1)
- 粒径１〜６０μｍのＰＺＴ粉８０〜９５ｗｔ％と、カ
ーボンブラック２．０〜４．５ｐｈｒと、残部ビニリデ
ンフルオロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体
とを混合してなる複合圧電体材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62050286A JPS63217674A (ja) | 1987-03-06 | 1987-03-06 | 複合圧電体材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62050286A JPS63217674A (ja) | 1987-03-06 | 1987-03-06 | 複合圧電体材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63217674A true JPS63217674A (ja) | 1988-09-09 |
Family
ID=12854675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62050286A Pending JPS63217674A (ja) | 1987-03-06 | 1987-03-06 | 複合圧電体材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63217674A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100426319B1 (ko) * | 2000-01-31 | 2004-04-08 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 압전 세라믹 및 그것의 제조 방법 |
| CN103788550A (zh) * | 2014-01-08 | 2014-05-14 | 重庆大学 | 一种pvdf-hfp/cb压电复合材料薄膜和该薄膜的制备方法 |
| CN106508706A (zh) * | 2016-11-08 | 2017-03-22 | 杨建富 | 一种用于畜牧养殖的智能红外感应饮水装置 |
| CN111469509A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-07-31 | 东莞理工学院 | 一种多层混合型高介电常数低介电损耗复合材料及其制备方法 |
-
1987
- 1987-03-06 JP JP62050286A patent/JPS63217674A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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