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
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。
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
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---|---|---|---|---|
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