基于二氧化硅的压电半导体复合涂层和制备方法及应用

本发明涉及半导体材料领域，具体涉及一种基于二氧化硅的压电半导体复合涂层和制备方法及应用。

背景技术：

1、某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态，这种现象称为压电效应。利用这种效应可以把机械应力量转换成电量。压电半导体是兼有压电性质的半导体材料。cds、cdse、zno、zns、cdte、znte等ⅱ-ⅵ族化合物，gaas、gasb、inas、insb、ain等ⅲ-ⅴ族化合物都属于压电半导体。它们具有一定的离子性，当施以应变时，正负离子会分开一定的距离，产生电极化，形成电场，发生压电效应。声波在这些压电材料中传播时也会产生压电电场，载流子便会受到该电场的作用。压电半导体兼有半导体和压电两种物理性能，因此，既可用它的压电性能研制压电式力敏传感器，又可利用其半导体性能加工成电子器件，将两者结合起来，就可研制出传感器与电子线路一体化的新型压电传感测试系统。

2、压电响应、电荷传输等机械和电子特性影响着压电半导体复合涂层活性，并为表面催化反应建立热力学驱动力。此外，结构特性对于观察到的压电和导电效率也很重要，例如二氧化硅的结晶度和掺杂度、表面积、粒径和分散性以及润湿性。大多数关于复合涂层的研究表明载流子的寿命和迁移率与压电效应直接相关。基于压电半导体复合涂层结构的应用领域也应该扩大，包括除通常研究的染料和生物分子降解以及水分解之外的其他化学物质。还可以研究具有复合涂层的非水系统用于此类应用和有机合成。

3、目前没有文献和专利研发出能产业化应用的压电半导体复合涂层，现有技术的缺点是：现有的具有压电性能的压电陶瓷等原料制备难度大，价格贵；由于压电陶瓷、晶体硅等材料刚性强，易碎，故不能方便的敷设在在不规则工程或设备表面，成本高，有毒不环保。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种基于二氧化硅的压电半导体复合涂层和制备方法及应用，解决现有技术中压电半导体涂层的压电性能差或不能方便的敷设的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本发明提供的技术方案是：

3、第一方面，本发明提供一种基于二氧化硅的压电半导体复合涂层，包括质量比为5:1的a组分和b组分，b组分为固化剂；按质量份计，

4、a组分包括树脂45～55份、预处理二氧化硅10～40份、导电剂5～35份、溶剂10～20份助剂0.1～2份以及树脂改性剂0.1～0.4份；

5、所述预处理二氧化硅是将硅烷偶联剂、二氧化硅和水混合加热制得的，硅烷偶联剂用量为二氧化硅质量的5～20％。

6、第二方面，本发明提供一种基于二氧化硅的压电半导体复合涂层的制备方法，包括以下步骤：对二氧化硅进行预处理，得到预处理二氧化硅；向树脂中加入树脂改性剂，经过均质处理得到改性树脂；向改性树脂中加入预处理二氧化硅和助剂并依次经过均质和研磨；研磨结束后加入导电剂和溶剂，均质得到复合涂层浆料；复合涂层浆料通过空气喷涂形成压电半导体复合涂层。

7、第三方面，本发明提供一种上述压电半导体复合涂层在制备阻尼功能涂层、压力传感器或光电催化反应涂层中的应用。

8、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

9、本发明的压电半导体复合涂层中，采用改性树脂和预处理二氧化硅作为原料，成本低，且使所得涂层同时具有优异的压电性能和导电性能；本发明压电半导体复合涂层的制备方法中，通过树脂改性剂改善树脂的乳化、分散等性能，提升其强度和韧性，改善加工性；各组分按顺序混合，通过简单的均质以及研磨即可得到复合涂层浆料，再通过喷涂形成压电半导体复合涂层，方法简单，可产业化，且能够方便地敷设在设备表面；本发明复合涂层能够实现压电半导体的功能，应用范围广。

技术特征：

1.一种基于二氧化硅的压电半导体复合涂层，其特征在于，包括质量比为5:1的a组分和b组分，b组分为固化剂；按质量份计，

2.根据权利要求1所述的基于二氧化硅的压电半导体复合涂层，其特征在于，所述树脂包括环氧树脂、氟碳树脂、氟丙树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、硅丙树脂、苯丙树脂和纯丙树脂中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的基于二氧化硅的压电半导体复合涂层，其特征在于，所述溶剂包括二甲苯和正丁醇中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的基于二氧化硅的压电半导体复合涂层，其特征在于，所述预处理二氧化硅是将硅烷偶联剂、二氧化硅和水按质量比为(2～4)：(20～40):100混合，在60～80℃加热搅拌7～9h，再进行真空干燥，将所得产物研磨成粉过筛得到的。

5.根据权利要求1所述的基于二氧化硅的压电半导体复合涂层，其特征在于，所述导电剂包括金粉、银粉、铜粉、锌粉、铁粉、铝粉、锰粉、导电石墨粉和导电碳纳米管中的一种或多种；导电剂的颗粒大小在0.2～15μm。

6.根据权利要求1所述的基于二氧化硅的压电半导体复合涂层，其特征在于，所述助剂包括消泡剂、防沉剂、润湿剂、流平剂和催干剂中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的基于二氧化硅的压电半导体复合涂层，其特征在于，树脂改性剂包括乙氧基化腰果酚磺基琥珀酸半酯二钠盐、磺基琥珀酸脂肪醇(3)醚单酯二钠或1-烯丙氧基-3-腰果酚-2-丙醇。

8.根据权利要求1所述的基于二氧化硅的压电半导体复合涂层，其特征在于，固化剂包括乙二胺、二乙烯三胺、间苯二胺、间苯二甲胺、异氰酸酯、聚酰胺和胺加成固化剂中的一种或多种。

9.如权利要求1-8任一项所述的基于二氧化硅的压电半导体复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求1-8任一项所述的基于二氧化硅的压电半导体复合涂层在制备阻尼功能涂层、压力传感器或光电催化反应涂层中的应用。

技术总结本发明涉及基于二氧化硅的压电半导体复合涂层和制备方法及应用，包括质量比为5:1的A组分和B组分，B组分为固化剂；按质量份计，A组分包括树脂45～55份、预处理二氧化硅10～40份、导电剂5～35份、溶剂10～20份、助剂0.1～2份以及树脂改性剂0.1～0.4份。本发明采用改性树脂和预处理二氧化硅作为原料，成本低，且使所得涂层同时具有优异的压电性能和导电性能；各组分按顺序混合，通过简单的均质以及研磨即可得到复合涂层浆料，再通过空气喷涂形成压电半导体复合涂层，方法简单，可产业化，且能够方便地敷设在设备表面，应用范围广。技术研发人员：樊李红,黎明,褚莹莹,刘爽,胡康迪,张永康,徐正平受保护的技术使用者：武汉理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18