基于冷冻干燥技术的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜、制备方法及其应用

技术领域

本发明属于冷冻干燥技术和压电薄膜制造领域，特别涉及一种基于冷冻干燥技术的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜、制备方法及其应用。

背景技术

冷冻干燥技术是一种将含水材料冷冻到冰点以下，使水转变为冰，然后在较高真空下将冰转变为蒸气而除去的干燥方法。物料可先在冷冻装置内冷冻，再进行干燥。但也可直接在干燥室内经迅速抽成真空而冷冻。升华生成的水蒸气借冷凝器除去。升华过程中所需的汽化热量，一般用热辐射供给。由于真空冷冻干燥在低温、低压下进行，而且水分直接升华，因此赋予产品许多特殊的性能。如真空冷冻干燥技术对热敏性物料亦能脱水比较彻底，且经干燥的药品十分稳定，便于长时间贮存。由于物料的干燥在冻结状态下完成，与其他干燥方法相比，物料的物理结构和分子结构变化极小，其组织结构和外观形态被较好地保存。在真空冷冻干燥过程中，物料不存在表面硬化问题，且其内部形成多孔的海绵状，因而具有优异的复水性，可在短时间内恢复干燥前的状态。由于干燥过程是在很低的温度下进行，而且基本隔绝了空气，因此有效地抑制了热敏性物质发生生物、化学或物理变化，并较好地保存了原料中的活性物质，以及保持了原料的色泽。

真空冷冻干燥技术的基本参数包括物性参数和过程参数，它们是实现真空冷冻干燥过程的基础。这些数据的缺乏会使干燥过程难以实现针对原料的优化，不能充分发挥系统效率。物性参数指物料的导热系数、传递系数等。这方面的研究内容包括物性参数数据的测定及测定方法，以及环境条件压强、温度、相对湿度和物料颗粒取向等对物性参数的影响。过程参数包括冷冻、供热和物料形态等有关参数。对冷冻过程的研究意在为系统找到最优冷冻曲线。供热过程的研究则集中在两方面：一是对原料载体的改良；二是加热方式(传热方式和供热热源)的选择。确定恰当的物料形态也是重要的研究内容，它包括原料的颗粒形态和料层厚度等。

某些介质在机械力作用下发生电极化和电极化的变化，这样的性质称为压电效应。电极化的改变导致介质与极化方向垂直的两端面出现了等量反号的束缚电荷变化，这是由于压力造成了电荷的变化，即压电性的由来。具有这一性质的材料称为压电材料。压电效应还有逆压电效应。逆压电效应是指:当在材料的一定方向上施加外部电场时，该材料的对应方向上产生内应力和应变现象。其应力和应变同所施的电场强度成正比。逆压电效应又称为电致变形现象，压电效应又称被称为正压电效应。

压电薄膜材料是重要的信息功能材料，它可以实现声信号与电信号之间的转变。微晶择优取向的压电薄膜材料兼备单晶和陶瓷的优点，即表面光滑致密，易于制备，价格低廉，便于调节性能，并可靠稳定，更重要的是使用压电薄膜可以使器件达到平面化和集成化。压电薄膜材料在实际生产的各个领域均有比较多的应用。目前对薄膜材料的研究正在向多种类、高性能、新工艺等方向发展，其基础研究也向分子层次、原子层次、纳米层次、介观结构等方向深入，因而功能薄膜材料的研究具有重大意义。但是当下的压电薄膜大多需要超高电压极化，危险且步骤复杂，亟需一种无需极化即可生产压电薄膜的适用于工业的便捷方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于冷冻干燥技术的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜的制备方法，以解决现有技术中压电薄膜的压电输出低，和大多需要超高电压进行极化以使其产生压电输出，危险且步骤复杂的技术缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于冷冻干燥技术的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

S1、将1：0.2-5质量比的六方氮化硼纳米片和咪唑啉与适量水混合，将混合液在10℃-25℃温度下超声剥离；剥离后的混合液离心，取上清液，上清液干燥后得到分散剥离后的六方氮化硼纳米片；

S2、制备浓度为0.6～0.9g/ml的聚乙烯醇水溶液；

S3、将S1得到的六方氮化硼纳米片和聚乙烯醇水溶液混合均匀，将得到的混合液倒入特质容器中，在-80℃±10℃的温度下冷冻至充分；将冷冻后的材料放入冷冻干燥机中，进行冷冻真空干燥，得到六方氮化硼掺杂的聚乙烯醇压电薄膜；

所述特质容器以不锈钢材质作为底部，亚克力板作为周边。

本发明中，咪唑啉是一种两亲表面活性剂，它的疏水头基会和纳米片结合，亲水尾基会和水分子结合，从而达到纳米片的良好分散效果。

本发明通过冷冻干燥法控制压电薄膜生长的原理为：在制备六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜过程中，特质容器的底部为不锈钢，周边为亚克力板，热导率不同，从而导致冷冻过程中特制容器产生温度梯度，以此控制冰晶定向生长，冰晶定向生长的过程会裹挟六方氮化硼纳米片一起运动从而使其定向排列，同时缠绕着六方氮化硼纳米片的聚乙烯醇链也会随温度梯度纵向拉直使六方氮化硼纵向排列，然后通过六方氮化硼的定向排列使其表现压电性能。

作为优选，S1中，六方氮化硼、咪唑啉和水的质量比为1：2：17，三者混合时搅拌的速度为800r/min±100r/min，搅拌时间为6-10h。

作为优选，S1中，超声剥离的温度控制在15℃，超声功率为160W～1200W，超声时间为2～12h。

作为优选，S1中，剥离后的混合液离心速度为1000～4000r/min，离心时间为5～40分钟。

作为优选，S3中，冷冻温度为-80℃，冷冻时间为8h。

作为优选，S3中，六方氮化硼纳米片和聚乙烯醇水溶液混合搅拌的速度为50～400r/min，时间为6～18h。

作为优选，S3中，真空冷冻干燥的温度为-50℃，真空冷冻干燥时间为24～48h。

一种所述的制备方法制得的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜。

一种所述的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜在压电纳米发电机制备方面的应用。进一步的，该应用具体是：所述的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜作为压电薄膜以产生压电输出。

本发明的有益效果是：

本发明在制备六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜过程中，均匀混合使得聚乙烯醇链包裹六方氮化硼纳米片，通过冷冻过程中特制容器的温度梯度控制冰晶定向生长和聚乙烯醇链的定向延伸；通过冰晶的定向生长和聚乙烯醇链的定向延伸控制六方氮化硼纳米片的定向排列；通过六方氮化硼的定向排列使其表现压电性能。

本发明提供的基于冷冻干燥技术的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜的制备方法具有可降解、工艺简单、过程易控制，便于工业化应用等特点；另外，本发明提供的制备方法原料易于获取，制备成本低廉；此外，本发明提供的制备方法高效快捷、环境友好、可广泛应用等优点。

采用本发明制备的压电薄膜内部呈现蜂窝片状结构，压电系数高，表面及内部多孔，机械强度好，可重复压缩。

附图说明

图1是实施例1中制备的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜纵向截面的扫描电镜图和烘干制备的聚乙烯醇薄膜和冷冻干燥制造的纯聚乙烯醇薄膜纵向截面的扫描电镜图；

图2是实施例1中制备过程中六方氮化硼纵向定向排列的原理阐述图；

图3是实施例1中制备的有/无表面活化剂的不同六方氮化硼掺杂浓度的聚乙烯醇压电薄膜的压电系数d33大小；

图4是实施例1中压电薄膜制备的压电纳米发电机的结构以及输出，其中，a是不同频率下六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜和普通聚乙烯醇压电薄膜的电压输出，b是不同频率下六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜和普通聚乙烯醇压电薄膜的电流输出，c是不同压力下六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜和普通聚乙烯醇压电薄膜的电压输出，d是不同压力下六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜和普通聚乙烯醇压电薄膜的电流输出，e是压电纳米发电机的结构说明，由压电薄膜和上下电极组成。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

在本发明实施例中，

h-BN是六方氮化硼的缩写；

BNNS是氮化硼纳米片的缩写，购自阿拉丁控股集团有限公司，Aladdin HoldingsGroup Co.,Ltd；

PVA是聚乙烯醇的缩写。

根据本发明的实施例，提供一种六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜的制备方法，包括:

将六方氮化硼纳米片和咪唑啉加入去离子水中，磁力搅拌；然后，将混合液在水冷控制温度的条件下超声剥离；将剥离后的混合液高速离心取上清液；之后，将六方氮化硼纳米片干燥；

将聚乙烯醇放入水中，水浴磁力搅拌溶解；

将六方氮化硼纳米片和聚乙烯醇混合溶液磁力搅拌混合均匀；接着，将混合液倒入特质容器中，放入冰箱中冷冻；最后，将冷冻后的材料放入冷冻干燥机中，进行冷冻干燥，得到六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜。

本发明提供的基于冷冻干燥技术的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜的制备方法具有可降解、工艺简单、过程易控制，便于工业化应用等特点；另外，本发明提供的制备方法原料易于获取，制备成本低廉；此外，本发明提供的制备方法高效快捷、环境友好、可广泛应用等优点。

采用本发明制备的压电薄膜内部呈现蜂窝片状结构，压电系数高，表面及内部多孔，机械强度好，可重复压缩。

根据本发明的实施例，所述将六方氮化硼纳米片和咪唑啉加入去离子水中，磁力搅拌，包括六方氮化硼、咪唑啉和去离子水的质量比为1：2：17等，以及磁力搅拌的速度为100～800r/min，搅拌时间为6-15h。

根据本发明的实施例，所述将混合液在水冷控制温度的条件下超声剥离，包括水冷将温度控制在15～25℃，超声功率为160～1200W，超声时间为2～12h。

根据本发明的实施例，将剥离后的混合液高速离心取上清液，其中离心速度为1000～4000r/min，离心时间为5～40分钟。

根据本发明的实施例，聚乙烯醇放入水中，在水浴磁力搅拌溶解，其中聚乙烯醇浓度为0.6～0.9g/ml，水浴温度为70～95℃，磁力搅拌速度为50～400r/min，时间为6～18h。

根据本发明的实施例，将六方氮化硼纳米片和聚乙烯醇混合溶液磁力搅拌混合均匀，其中磁力搅拌速度为50～400r/min，时间为6～18h。

根据本发明的实施例，将混合液倒入特质容器中，放入冰箱中冷冻，其中特质容器由不锈钢作为底部，亚克力板作为周边，冰箱温度为-80℃，冰冻4～18h。

根据本发明的实施例，将冷冻后的材料放入冷冻干燥机中，进行冷冻干燥，其中冷冻的温度为-50℃，真空干燥时间为24～48h。

作为本发明的另一方面，提供一种利用上述制备方法制备的基于冷冻干燥技术的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜。

作为本发明的第三方面，提供一种上述压电薄膜的压电纳米发电机的应用。

以下列举多个实施例对本发明做进一步说明：

实施例1

(1)六方氮化硼纳米片的剥离分散：

将六方氮化硼纳米片和咪唑啉加入去离子水中，磁力搅拌，六方氮化硼、咪唑啉和去离子水的质量比为1：2：17，以及磁力搅拌的速度为800r/min，搅拌时间为10h；然后，将混合液在水冷控制温度的条件下超声剥离，通过水冷将温度控制在15℃，超声功率为160W，超声时间为12h；将剥离后的混合液高速离心取上清液，将剥离后的混合液高速离心取上清液，其中离心速度为4000r/min，离心时间为10分钟；之后，将六方氮化硼纳米片干燥；

(2)聚乙烯醇的溶解：

将聚乙烯醇放入水中，在水浴磁力搅拌溶解，其中聚乙烯醇浓度为0.8g/ml，水浴温度为90℃，磁力搅拌速度为100r/min，时间为12h；

(3)通过冷冻干燥进行压电薄膜的制备：

将六方氮化硼纳米片和聚乙烯醇混合溶液磁力搅拌混合均匀，其中磁力搅拌速度为200r/min，时间为12h；接着，将混合液倒入特质容器中，放入冰箱中冷冻，其中特质容器由不锈钢作为底部，亚克力板作为周边，冰箱温度为-80℃，冰冻8h；最后，将冷冻后的材料放入冷冻干燥机中，进行冷冻干燥，其中冷冻的温度为-50℃，真空干燥时间为36h，得到六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜。

(4)压电纳米发电机的制备：

将六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜切成10×10mm

对实施例1中的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜测试：

①测试实施例1中内部截面图，以及直接烘干的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇薄膜和冷冻干燥制造的纯聚乙烯醇薄膜的内部截面以做对比，结果如图1所示。

图1是实施例1中制备的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜纵向截面的扫描电镜图和烘干制备的聚乙烯醇薄膜和冷冻干燥制造的纯聚乙烯醇薄膜纵向截面的扫描电镜图。

结合图1可以看出，六方氮化硼掺杂聚乙烯醇直接烘干后的纵向截面中六方氮化硼纳米片呈随机分布，且内部实心；而六方氮化硼掺杂聚乙烯醇通过冷冻干燥法制成薄膜后内部呈竖片状孔状结构，且六方氮化硼总体呈纵向分布；对比冷冻干燥制造的纯聚乙烯醇薄膜和六方氮化硼掺杂聚乙烯醇薄膜可以看到，冷冻干燥制造的纯聚乙烯醇薄膜表面光滑，而冷冻干燥法制造的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇薄膜表面粗糙，有纵向排列的六方氮化硼纳米片。

②图2是实施例1中制备过程中六方氮化硼纵向定向排列的原理阐述图。

PVA链在搅拌过程中与BNNS发生纠缠；由于PVA和去离子水热导率的差异，以及底部和顶部的大幅度温度差，水会首先从下至上结晶，并在这个过程中沿着垂直冰晶生长的方向(即斜向上方向)排除PVA链以及BNNS，这使得PVA链以及BNNS都收到来自四周的斜向上的力，从而BNNS得到一个向上的合力发生初步的定向排列；其次由于底部的温度比顶部低，会使得PVA链从下往上被拉直，从而进一步使得BNNS被纵向的定向排列。

③图3是实施例1中制备的有/无表面活化剂的不同六方氮化硼掺杂浓度的聚乙烯醇压电薄膜的压电系数d33大小。

h-BN在单层时呈现出最好的压电性能，而层数变大时，h-BN的压电性能大幅降低，而h-BN浓度增加后，h-BN容易发生团聚，故加入表面活化剂使得BNNS可以更好的被分散，如图所示，加入表面活化剂后，六方氮化硼掺杂浓度的聚乙烯醇压电薄膜压电性能大幅度提升，且在5％BNNS掺杂浓度时达到最大值。图3说明了表面活化剂对于压电输出的提升效应以及5％BNNS掺杂浓度时的最佳压电输出。

④图4是实施例1中压电薄膜制备的压电纳米发电机的结构以及输出。

改变压力和频率，得到的输出如图4所示，a是不同频率下六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜和普通聚乙烯醇压电薄膜的电压输出，b是不同频率下六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜和普通聚乙烯醇压电薄膜的电流输出，c是不同压力下六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜和普通聚乙烯醇压电薄膜的电压输出，d是不同压力下六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜和普通聚乙烯醇压电薄膜的电流输出，e是压电纳米发电机的结构说明，由压电薄膜和上下电极组成。对比a，b图可以看到，普通聚乙烯醇压电薄膜不会产生压电输出，六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜可以产生压电输出。由a、b、c、d对比可以看到输出随频率和压力增大而增高，并在3Hz和15kPa左右各自达到饱和，最高可以得到1.7V，60nA的输出。

实施例2

(1)六方氮化硼纳米片的剥离分散：

将六方氮化硼纳米片和咪唑啉加入去离子水中，磁力搅拌，六方氮化硼、咪唑啉和去离子水的质量比为1：2：17，以及磁力搅拌的速度为800r/min，搅拌时间为10h；然后，将混合液在水冷控制温度的条件下超声剥离，通过水冷将温度控制在15℃，超声功率为160W，超声时间为12h；将剥离后的混合液高速离心取上清液，将剥离后的混合液高速离心取上清液，其中离心速度为4000r/min，离心时间为10分钟；之后，将六方氮化硼纳米片干燥；

(2)聚乙烯醇的溶解：

将聚乙烯醇放入水中，在水浴磁力搅拌溶解，其中聚乙烯醇浓度为0.4g/ml，水浴温度为90℃，磁力搅拌速度为100r/min，时间为12h；

(3)通过冷冻干燥进行压电薄膜的制备：

将六方氮化硼纳米片和聚乙烯醇混合溶液磁力搅拌混合均匀，其中磁力搅拌速度为200r/min，时间为12h；接着，将混合液倒入特质容器中，放入冰箱中冷冻，其中特质容器由不锈钢作为底部，亚克力板作为周边，冰箱温度为-80℃，冰冻8h；最后，将冷冻后的材料放入冷冻干燥机中，进行冷冻干燥，其中冷冻的温度为-50℃，真空干燥时间为36h，得到六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜。

本实施例得到的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜由于PVA浓度较低导致机械性能相对较差。

实施例3

(1)六方氮化硼纳米片的剥离分散：

将六方氮化硼纳米片和咪唑啉加入去离子水中，磁力搅拌，六方氮化硼、咪唑啉和去离子水的质量比为1：2：17，以及磁力搅拌的速度为800r/min，搅拌时间为6h；然后，将混合液在水冷控制温度的条件下超声剥离，通过水冷将温度控制在15℃，超声功率为160W，超声时间为12h；将剥离后的混合液高速离心取上清液，将剥离后的混合液高速离心取上清液，其中离心速度为4000r/min，离心时间为10分钟；之后，将六方氮化硼纳米片干燥；

(2)聚乙烯醇的溶解：

将聚乙烯醇放入水中，在水浴磁力搅拌溶解，其中聚乙烯醇浓度为1.1g/ml，水浴温度为90℃，磁力搅拌速度为100r/min，时间为12h；

(3)通过冷冻干燥进行压电薄膜的制备：

将六方氮化硼纳米片和聚乙烯醇混合溶液磁力搅拌混合均匀，其中磁力搅拌速度为200r/min，时间为12h；接着，将混合液倒入特质容器中，放入冰箱中冷冻，其中特质容器由不锈钢作为底部，亚克力板作为周边，冰箱温度为-80℃，冰冻8h；最后，将冷冻后的材料放入冷冻干燥机中，进行冷冻干燥，其中冷冻的温度为-50℃，真空干燥时间为36h，得到六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜。

本实施例得到的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜由于PVA浓度过高，粘度过大，导致BNNS分散较差，压电性能较差。

实施例2

(1)六方氮化硼纳米片的剥离分散：

将六方氮化硼纳米片和咪唑啉加入去离子水中，磁力搅拌，六方氮化硼、咪唑啉和去离子水的质量比为1：2：17，以及磁力搅拌的速度为800r/min，搅拌时间为10h；然后，将混合液在水冷控制温度的条件下超声剥离，通过水冷将温度控制在15℃，超声功率为160W，超声时间为12h；将剥离后的混合液高速离心取上清液，将剥离后的混合液高速离心取上清液，其中离心速度为4000r/min，离心时间为10分钟；之后，将六方氮化硼纳米片干燥；

(2)聚乙烯醇的溶解：

将聚乙烯醇放入水中，在水浴磁力搅拌溶解，其中聚乙烯醇浓度为0.4g/ml，水浴温度为90℃，磁力搅拌速度为100r/min，时间为12h；

(3)通过冷冻干燥进行压电薄膜的制备：

将六方氮化硼纳米片和聚乙烯醇混合溶液磁力搅拌混合均匀，其中磁力搅拌速度为200r/min，时间为12h；接着，将混合液倒入特质容器中，放入冰箱中冷冻，其中特质容器由不锈钢作为底部，亚克力板作为周边，冰箱温度为-80℃，冰冻8h；最后，将冷冻后的材料放入冷冻干燥机中，进行冷冻干燥，其中冷冻的温度为-50℃，真空干燥时间为36h，得到六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜。

本实施例得到的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜由于PVA浓度较低导致机械性能相对较差。

实施例4

(1)六方氮化硼纳米片的剥离分散：

将六方氮化硼纳米片和咪唑啉加入去离子水中，磁力搅拌，六方氮化硼、咪唑啉和去离子水的质量比为1：2：17，以及磁力搅拌的速度为800r/min，搅拌时间为6h；然后，将混合液在水冷控制温度的条件下超声剥离，通过水冷将温度控制在15℃，超声功率为160W，超声时间为12h；将剥离后的混合液高速离心取上清液，将剥离后的混合液高速离心取上清液，其中离心速度为4000r/min，离心时间为10分钟；之后，将六方氮化硼纳米片干燥；

(2)聚乙烯醇的溶解：

将聚乙烯醇放入水中，在水浴磁力搅拌溶解，其中聚乙烯醇浓度为0.6g/ml，水浴温度为90℃，磁力搅拌速度为100r/min，时间为12h；

(3)通过冷冻干燥进行压电薄膜的制备：

将六方氮化硼纳米片和聚乙烯醇混合溶液磁力搅拌混合均匀，其中磁力搅拌速度为200r/min，时间为12h；接着，将混合液倒入特质容器中，放入冰箱中冷冻，其中特质容器由不锈钢作为底部，亚克力板作为周边，冰箱温度为-80℃，冰冻8h；最后，将冷冻后的材料放入冷冻干燥机中，进行冷冻干燥，其中冷冻的温度为-50℃，真空干燥时间为36h，得到六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜。

本实施例得到的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜由于PVA浓度合适，得到的压电薄膜机械性能好，压电输出好。

实施例5

(1)六方氮化硼纳米片的剥离分散：

将六方氮化硼纳米片和咪唑啉加入去离子水中，磁力搅拌，六方氮化硼、咪唑啉和去离子水的质量比为1：2：17，以及磁力搅拌的速度为800r/min，搅拌时间为6h；然后，将混合液在水冷控制温度的条件下超声剥离，通过水冷将温度控制在15℃，超声功率为160W，超声时间为12h；将剥离后的混合液高速离心取上清液，将剥离后的混合液高速离心取上清液，其中离心速度为4000r/min，离心时间为10分钟；之后，将六方氮化硼纳米片干燥；

(2)聚乙烯醇的溶解：

将聚乙烯醇放入水中，在水浴磁力搅拌溶解，其中聚乙烯醇浓度为0.7g/ml，水浴温度为90℃，磁力搅拌速度为100r/min，时间为12h；

(3)通过冷冻干燥进行压电薄膜的制备：

将六方氮化硼纳米片和聚乙烯醇混合溶液磁力搅拌混合均匀，其中磁力搅拌速度为200r/min，时间为12h；接着，将混合液倒入特质容器中，放入冰箱中冷冻，其中特质容器由不锈钢作为底部，亚克力板作为周边，冰箱温度为-80℃，冰冻8h；最后，将冷冻后的材料放入冷冻干燥机中，进行冷冻干燥，其中冷冻的温度为-50℃，真空干燥时间为36h，得到六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜。

本实施例得到的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜由于PVA浓度合适，得到的压电薄膜机械性能好，压电输出好。

实施例6

(1)六方氮化硼纳米片的剥离分散：

将六方氮化硼纳米片和咪唑啉加入去离子水中，磁力搅拌，六方氮化硼、咪唑啉和去离子水的质量比为1：2：17，以及磁力搅拌的速度为800r/min，搅拌时间为6h；然后，将混合液在水冷控制温度的条件下超声剥离，通过水冷将温度控制在15℃，超声功率为160W，超声时间为12h；将剥离后的混合液高速离心取上清液，将剥离后的混合液高速离心取上清液，其中离心速度为4000r/min，离心时间为10分钟；之后，将六方氮化硼纳米片干燥；

(2)聚乙烯醇的溶解：

将聚乙烯醇放入水中，在水浴磁力搅拌溶解，其中聚乙烯醇浓度为0.9g/ml，水浴温度为90℃，磁力搅拌速度为100r/min，时间为12h；

(3)通过冷冻干燥进行压电薄膜的制备：

将六方氮化硼纳米片和聚乙烯醇混合溶液磁力搅拌混合均匀，其中磁力搅拌速度为200r/min，时间为12h；接着，将混合液倒入特质容器中，放入冰箱中冷冻，其中特质容器由不锈钢作为底部，亚克力板作为周边，冰箱温度为-80℃，冰冻8h；最后，将冷冻后的材料放入冷冻干燥机中，进行冷冻干燥，其中冷冻的温度为-50℃，真空干燥时间为36h，得到六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜。

本实施例得到的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜由于PVA浓度合适，得到的压电薄膜机械性能好，压电输出好。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本发明所提供的基于冷冻干燥技术的六方氮化硼掺杂聚乙烯醇压电薄膜、制备方法及其应用进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。