基于改进聚合物相的1-3型压电复合材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种基于改进聚合物相的1‑3型压电复合材料及其制备方法。该压电复合材料通过采用环氧树脂与硅橡胶等聚合物构成的夹心式结构来改进聚合物相材料，以减小其对压电柱振动的影响，继而提高复合材料整体的机电耦合系数。本发明用有限元分析工具仿真了这种新型压电复合材料的谐振频率、声速、机电耦合系数和特性阻抗随硅橡胶体积百分比的变化关系，根据仿真结果制备了压电复合材料，并对其性能进行了测试，结果表明实验与仿真基本吻合，复合材料的机电耦合系数比常规的1‑3型复合材料提高11％。本发明的改进聚合物相的1‑3型压电复合材料非常适用于制造具有高机电转换效率的压电复合材料换能器。

权利要求

1.一种基于改进聚合物相的1-3型压电复合材料，其特征在于，包括压电陶瓷柱阵列，以及填充于压电陶瓷柱之间的夹心式结构的聚合物相，所述夹心式结构的聚合物相包括支撑层和填充于所述支撑层的两侧的聚合物；所述支撑层位于压电陶瓷柱之间的空隙的厚度中间位置，所述支撑层为聚合物；所述支撑层的两侧填充的聚合物的杨氏模量小于所述支撑层的杨氏模量；所述压电陶瓷柱阵列中每个压电陶瓷柱的尺寸相同且等间距；所述支撑层起到横向支撑的作用，所述支撑层的两侧填充的聚合物减小聚合物相对压电陶瓷柱纵振动的束缚作用，减小聚合物横向谐振干扰，进而提高其机电耦合系数。

2.如权利要求1所述的压电复合材料，其特征在于，所述支撑层为环氧树脂或酚醛树脂，所述支撑层两侧填充硅橡胶或聚氨酯。

3.如权利要求2所述的压电复合材料，其特征在于，所述支撑层两侧填充的聚合物中硅橡胶占压电复合材料中所有聚合物相的体积分数大于60％。

4.如权利要求1所述的压电复合材料，其特征在于，所述支撑层两侧填充具有单一杨氏模量的聚合物；或者所述支撑层两侧填充具有梯度杨氏模量的聚合物，且聚合物的杨氏模量从靠近压电陶瓷柱中间位置到靠近压电陶瓷柱两端位置逐渐降低。

5.如权利要求4所述的压电复合材料，其特征在于，所述具有梯度杨氏模量的聚合物由杨氏模量不同的至少两层聚合物构成。

6.一种制备权利要求1所述基于改进聚合物相的1-3型压电复合材料的方法，该压电复合材料中的支撑层采用第一聚合物，支撑层两侧采用第二聚合物，第二聚合物的杨氏模量小于第一聚合物的杨氏模量，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)切割压电陶瓷，形成压电陶瓷柱阵列；压电陶瓷在厚度上不透切，以使各压电陶瓷柱保留共同的基底；

2)向压电陶瓷柱之间的切槽内浇注第一聚合物，并固化；

3)切割第一聚合物，切槽与步骤1)切割压电陶瓷形成的切槽一致，切槽深度等于第二聚合物的设计深度；

4)在步骤3)形成的切槽中浇注第二聚合物；

5)将压电陶瓷倒置，切割步骤1)预留的压电陶瓷基底，形成压电陶瓷柱阵列，切槽与步骤1)形成的切槽对齐，切槽深度等于第二聚合物的设计深度；

6)向步骤5)形成的切槽中浇注第二聚合物，并固化。

说明书

基于改进聚合物相的1-3型压电复合材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于压电复合材料技术领域，具体涉及一种基于改进聚合物相的1-3型压电复合材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 1-3压电复合材料是由一维连通的压电相周期性分布于三维连通的聚合物相中形成的一种由两相材料构成的压电复合材料。由于其具有高的厚度机电耦合系数，较低的机械品质因素和声阻抗，已被广泛研究并应用于水声换能器、超声探测、生物医学成像等领域。

[0003] Rouffaud等人(Rouffaud R,Levassort F,Pham T M,et al.Super-Cell Piezoelectric Composite With 1-3 Connectivity.[J].IEEE Transactions on Ultrasonics,Ferroelectrics,and Frequency Control,2016,63(12):2215-2223.)在1-3型压电复合材料中引入了用于声子晶体的超单元结构的概念，研制了1-3型超单元压电复合材料，提高了压电复合材料的工作带宽。He等人(He C,Wang Y,Lu Y,et al.Design and Fabrication of Air-Based 1-3 Piezoelectric Composite Transducer for Air-Coupled Ultrasonic Applications[J].Journal of Sensors,2016,2016(6):1-11.)利用3D打印技术，设计了一种空气基1-3型压电复合材料，其机电耦合系数达0.7左右。Liu等人(Liu D,Yue Q,Deng J,et al.Broadband and High Sensitive Time-of-Flight Diffraction Ultrasonic Transducers Based on PMNT/Epoxy 1–3 Piezoelectric Composite.[J].Sensors,2015,15(3),6807-6817.)研制了一种PMNT/epoxy 1-3型压电复合材料，其机电耦合系数可以达到0.857左右。Qin等(Xuhui Mi,Lei Qin*,Qingwei Liao,Likun Wang,Electromechanical coupling coefficient and acoustic impedance of 
1-1-3 piezoelectric composites,Ceramics International 43(2017),7374–7377.)人研制了一种1-1-3型压电复合材料，基于压电陶瓷的复合材料机电耦合系数可以达到0.69。
基于弛豫铁电单晶的1-1-3型压电复合材料，机电耦合系数可以达到0.89(Qin L,Wang L K,Long D,et al.The study of 1-1-3 piezoelectric composite based on relaxor ferroelectric single crystal[C]//Applications of Ferroelectrics,International Workshop on Acoustic Transduction Materials and  Devices&Workshop on Piezoresponse Force Microscopy(ISAF/IWATMD/PFM),2014 Joint IEEE International Symposium on the.IEEE,2014:1-4.)。

[0004] 由于聚合物的存在，压电复合材料的厚度振动模式会受到横向聚合物共振的影响，导致压电复合材料的综合性能下降。因此，为了改善1-3压电复合材料的厚度振动模式性能，就必须避免其厚度振动模式附近的聚合物横向共振干扰。P.Reynolds等人(Reynolds P,Hyslop J,Hayward G.Analysis of spurious resonances in single and multi-element piezocomposite ultrasonic transducers[C]//Ultrasonics,2003 IEEE Symposium on.IEEE,2003,2:1650-1653.Rouffaud R,Hladky-Hennion A C,Mai P T,et al.Influence of 1-3 piezocomposite fabrications on lateral modes[C]//Ultrasonics Symposium.IEEE,2012:1-4.)分析了1-3压电复合材料中陶瓷柱间寄生谐振产生的原因，通过在压电复合材料中引入准周期结构减少了横向振动对厚度振动模式的干扰。此外，改变压电相的形状和宽高比也可以改善压电复合材料的机电性能，通常使用三角柱或正六棱柱的复合材料有良好的去偶效果。但这些现有技术存在生产工艺复杂、机械稳定性不好等缺点。

发明内容

[0005] 本发明提出一种改进的1-3型压电复合材料，通过采用环氧树脂与硅橡胶构成的夹心式结构来改进聚合物相材料，以此来减小1-3型压电复合材料中的聚合物相对压电相振动的影响。

[0006] 本发明采用的技术方案如下：

[0007] 一种基于改进聚合物相的1-3型压电复合材料，包括压电陶瓷柱阵列，以及填充于压电陶瓷柱之间的支撑层，所述支撑层位于压电陶瓷柱之间的空隙的中间位置，所述支撑层的两侧保留空隙或填充杨氏模量小于所述支撑层的杨氏模量的聚合物。

[0008] 进一步地，所述支撑层为聚合物或压电陶瓷。

[0009] 进一步地，所述支撑层为环氧树脂或酚醛树脂，所述支撑层两侧填充硅橡胶或聚氨酯。除这些材料外，也可以采用其它合适的材料。

[0010] 进一步地，所述支撑层两侧填充具有单一杨氏模量的聚合物；或者所述支撑层两侧填充具有梯度杨氏模量的聚合物，且聚合物的杨氏模量从靠近压电陶瓷柱中间位置到靠近压电陶瓷柱两端位置逐渐降低。所述具有梯度杨氏模量的聚合物可以是分层结构，即由杨氏模量不同的至少两层聚合物构成；也可以不分层，即杨氏模量均匀变化。

[0011] 一种制备上述基于改进聚合物相的1-3型压电复合材料的方法，该压电复合材料中的支撑层采用第一聚合物，支撑层两侧采用第二聚合物，第二聚合物的杨氏模量小于第一聚合物的杨氏模量，该方法包括以下步骤：

[0012] 1)切割压电陶瓷，形成压电陶瓷柱阵列；压电陶瓷在厚度上不透切，以使各压电陶瓷柱保留共同的基底；

[0013] 2)向压电陶瓷柱之间的切槽内浇注第一聚合物，并固化；

[0014] 3)切割第一聚合物，切槽与步骤1)切割压电陶瓷形成的切槽一致，切槽深度等于第二聚合物的设计深度；

[0015] 4)在步骤3)形成的切槽中浇注第二聚合物；

[0016] 5)将压电陶瓷倒置，切割步骤1)预留的压电陶瓷基底，形成压电陶瓷柱阵列，切槽与步骤1)形成的切槽对齐，切槽深度等于第二聚合物的设计深度；

[0017] 6)向步骤5)形成的切槽中浇注第二聚合物，并固化。

[0018] 一种制备上述基于改进聚合物相的1-3型压电复合材料的方法，该压电复合材料中的支撑层为压电陶瓷，支撑层两侧填充聚合物，该方法包括以下步骤：

[0019] 1)切割压电陶瓷形成压电陶瓷柱阵列，切槽的深度等于聚合物的设计深度；

[0020] 2)向切槽内浇注聚合物，并固化；

[0021] 3)将压电陶瓷倒置，切割压电陶瓷形成压电陶瓷柱阵列，切槽与步骤1)形成的切槽对齐，切槽深度等于聚合物的设计深度；该步骤形成的切槽与步骤1)形成的切槽之间保留一层压电陶瓷，作为支撑层；

[0022] 4)向步骤3)形成的切槽内浇注聚合物，并固化。

[0023] 本发明除上述制备方法外，也可以采用其它方法，如先正向切槽-灌注硅橡胶-反面切槽-灌注环氧树脂-再切槽-灌注硅橡胶；或者先正向切槽-灌注环氧树脂-再正向切槽-再反向切槽-再两面一起灌注硅橡胶，等等。

[0024] 本发明的有益效果如下：

[0025] 本发明提出了一种改进聚合物相的1-3型压电复合材料，聚合物中心层采用环氧树脂，上层和下层浇注硅橡胶来减小聚合物横向谐振干扰，使压电复合材料的机电耦合系数显著提升。仿真和实验表明，改进聚合物相的1-3型压电复合材料的机电耦合系数比常规的1-3型压电复合材料高11％左右，当聚合物相中硅橡胶的体积分数大于60％时，改进聚合物相的1-3型压电复合材料的机电耦合系数为0.68左右，性能提升显著。因此，这种改进聚合物相的1-3型压电复合材料非常适用于制造具有高机电转换效率的压电复合材料换能器。

附图说明

[0026] 图1.改进聚合物相的1-3型压电复合材料结构示意图，其中(a)为带金属电极的复合材料结构示意图，(b)为不带金属电极的1/4周期的复合材料示意图。

[0027] 图2.四分之一周期的有限元模型示意图。

[0028] 图3.复合材料导纳曲线图。

[0029] 图4.复合材料位移云图。

[0030] 图5.复合材料性能参数随含量vs的变化曲线图，其中：(a)fs&fp～vs曲线，(b)v～vs曲线，(c)keff～vs曲线，(d)z～vs曲线。

[0031] 图6.改进聚合物相的1-3型压电复合材料制备工艺流程图。

[0032] 图7.改进聚合物相的1-3型压电复合材料的照片。

[0033] 图8.仿真与实验对比图，其中：(a)fs～vs曲线，(b)v～vs曲线，(c)keff～vs曲线，(d)z～vs曲线。

[0034] 图9.中间层为环氧树脂且其两侧保留空隙的示意图。

[0035] 图10.中间层为压电陶瓷层且其两侧保留空隙的示意图。

[0036] 图11.中间层为压电陶瓷层且其两侧填充硅橡胶的示意图。

具体实施方式

[0037] 下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。

[0038] 本实施例的改进的1-3型压电复合材料，通过采用环氧树脂与硅橡胶构成的夹心式结构来改进聚合物相材料，以此来减小1-3型压电复合材料中的聚合物相对压电相振动的影响，并应用有限元仿真和实验的方法分析了这种新型压电复合材料的机电性能。

[0039] 1.改进聚合物相的1-3型压电复合材料的结构

[0040] 图1为改进聚合物相的1-3型压电复合材料的结构示意图，它由周期性地排列的压电陶瓷柱阵列以及具有夹心式结构的聚合物相组成。聚合物中间层填充的是环氧树脂(作为支撑层)，顶层和底层填充硅橡胶。采用这种结构设计是因为当压电陶瓷柱纵向伸缩振动时，其中间部分为振动节面，应变趋于零，在此处设计杨氏模量较高的环氧树脂，可以起到横向支撑的作用。而靠近压电柱两个边缘的地方，其应变较大，在此处采用杨氏模量较低的硅橡胶，可以减小聚合物相对压电陶瓷柱纵振动的束缚作用，进而提高其机电耦合系数。在图1中，t,l,a,b分别表示复合材料的厚度，复合材料的边长，压电陶瓷柱的宽度和聚合物的宽度，顶层和底层硅橡胶的厚度相同，为tx，则环氧树脂的厚度为t-2tx，压电相材料占复合材料整体的体积百分比为vc＝na2/l2(n为压电复合材料中陶瓷柱的个数)，硅橡胶占聚合物相材料的体积百分比为vs＝2tx/t。

[0041] 2.有限元仿真

[0042] 为说明改进聚合物相的1-3型压电复合材料的结构的可行性，用有限元方法分析了复合材料材料结构参数对各项性能的影响。由于1-3型压电复合材料是由相同的结构单元以特定周期排列形成，其单元的对称边界如图2所示。为简化建模及减少计算时间，仅选取单元的1/4建立有限元模型。压电相材料采用PZT-5A压电陶瓷。聚合物相材料采用618环氧树脂和704硅橡胶，其材料参数如表1所示。1-3压电复合材料四分之一周期的有限元模型如图2所示，选取a＝1mm，b＝0.56mm，厚度t＝5mm。有限元模型中网格尺寸为中心频率处的1/50个波长，扫描频率范围从230kHz到430kHz。

[0043] 表1.聚合物材料参数

[0044]

[0045] 通过改变聚合物中硅橡胶体积百分比vs，研究聚合物相中硅橡胶厚度tx从0mm到2.5mm(间隔为0.5mm)复合材料的性能,对应的硅橡胶的体积百分比vs从0到1，0为只填充环氧树脂的普通1-3型压电复合材料，通过有限元分析软件ANSYS的谐响应分析得到了复合材料的导纳曲线，如图3所示(vs＝0.4)。其中，谐振频率fs是导纳取最大值时所对应的频率，反谐振频率fp是导纳取最小值时所对应的频率。

[0046] 复合材料在谐振时的应变云图如图4所示。图中分别给出了当硅橡胶体积百分比vs为0、0.4、0.8及1时的复合材料应变云图，该图为灰度图片，其实际原图为彩色图片，图中下方长条形的各段中，从左到右分别为深蓝色、中蓝色、浅蓝色、深绿色、浅绿色、黄色、橙色、红色。通过分析压电柱的应变分布可以看出压电柱的中心部分应变趋于0，而两端位移最大，此为典型的纵向伸缩振动模态。对比图中压电陶瓷柱顶点处应变可以看出，随着硅橡胶体积百分比vs的增大，压电陶瓷柱的应变也在增加，这说明硅橡胶的存在可以有效的减少聚合物对压电相的束缚。同时对比硅橡胶体积百分比vs为0.8和1的两种情况，可以看出，由于20％环氧树脂的存在，压电柱中间节面的范围有所扩大，但是其端面的应变与全为硅橡胶时的应变在同一量级。可见，在此处引入一定量的环氧树脂对复合材料整体压电性的影响较为有限。

[0047] 复合材料的有效机电耦合系数可以用以下公式求出(Hossack J A,Hayward G.Finite-element analysis of 1-3 composite transducers.[J].IEEE Transactions on Ultrasonics Ferroelectrics&Frequency Control,1991,38(6):618-629.)：

[0048] keff＝((fp2-fs2)/fp2)1/2  (1)

[0049] 其中，fp是谐振频率，fs是反谐振频率

[0050] 复合材料的声速和密度可以用以下公式求出：

[0051] v＝2fpt  (2)

[0052] ρ＝vcρc+(1-vc)(vsρs+(1-vs)ρe)  (3)

[0053] 其中，vc是压电陶瓷材料的体积百分比，vs是硅橡胶材料占聚合物材料的体积百分比，ρc是压电材料的密度，ρe是环氧树脂的密度，ρs是硅橡胶的密度。

[0054] 特性阻抗z可以用以下公式求出：

[0055] z＝ρv  (4)

[0056] 不同硅橡胶体积百分比的复合材料的性能总结在表2中。

[0057] 表2.有限元仿真结果

[0058]

[0059] 根据仿真结果，得到复合材料的谐振频率fs、反谐振频率fp、声速v、特性阻抗z及机电耦合系数keff随硅橡胶占聚合物体积百分比vs的变化曲线，如图5所示。

[0060] 由图5(a)可以看出，随着硅橡胶体积百分比vs的增大，虽然复合材料中压电陶瓷的体积百分比没有变化，但是复合材料的谐振频率fs、反谐振频率fp均产生了一定的变化。虽然压电陶瓷纵向伸缩振动的谐振频率主要取决于压电陶瓷的长度(即复合材料的厚度)，但是由于硅橡胶以及环氧树脂作为负载存在，对压电陶瓷的振动也会产生一定的影响，但是这种影响很小。复合材料反谐振频率的起伏是由两种聚合物材料的总阻抗决定的。而谐振频率的起伏是由反谐振以及机电耦合系数共同决定的。反谐振频率的起伏在3.5％以内，而谐振频率的起伏在4.2％以内。与此同时，随着硅橡胶相体积百分比的增加，谐振频率与反谐振频率之差在逐渐增加，当硅橡胶体积百分比vs为0时，谐振频率之差为74kHz，当vs增大到0.5时，频率差为85kHz，当vs增加为1时，谐振频率之差进一步增大到94kHz。

[0061] 图5(b)给出了复合材料的等效声速随硅橡胶体积百分比vs的变化曲线。等效声速是根据公式(2)计算的，而复合材料厚度一直保持不变，所以声速的变化规律与反谐振变化规律相同。

[0062] 图5(c)给出了复合材料机电耦合系数随硅橡胶体积百分比vs的变化规律。从图中可以看出，当硅橡胶体积百分比vs增加时，机电耦合系数也保持增加的趋势。当硅橡胶体积百分比vs为0时(即压电陶瓷、环氧树脂构成的1-3型压电复合材料)，机电耦合系数为0.61，当vs增大到0.5时，机电耦合系数为0.63，当vs增加为1时(即压电陶瓷、硅橡胶构成的1-3型压电复合材料)，机电耦合系数进一步增大到0.67。由于硅橡胶的增加都是由复合材料两个电极面向中心位置增加，所以通过观察图形可以看出，当硅橡胶体积百分比vs由0增加到0.2时，机电耦合系数保持不变，这说明此时，环氧树脂对压电柱的负载作用起主要作用，少量硅橡胶的影响有限。而当硅橡胶体积百分比vs由0.7增大到0.9的过程中，机电耦合系数维持在一个较高水平不变，这是由于此时环氧树脂含量较低且都分布在振动节面附近，此处压电陶瓷的应变较低，所以环氧树脂含量变化对负载影响同样较小。

[0063] 图5(d)给出了复合材料的特性阻抗随硅橡胶体积百分比vs的变化曲线。根据公式(4)可知，声阻抗由密度与声速决定，而声速又由反谐振频率决定，所以声阻抗的变化与反谐振频率的变化具有相同趋势。

[0064] 3.改进聚合物相的1-3型压电复合材料的制备及性能测试

[0065] 本发明使用一种切割-浇铸的方法来制备改进聚合物V/F相的1-3型压电复合材料，如图6所示。具体的工艺流程如下：

[0066] (1)使用精密外沿切割机(ADT7124)，分别沿压电陶瓷块的长宽两个方向切割压电陶瓷形成周期性排列的压电陶瓷柱阵列。其中，压电柱横截面可以是正方形，也可以是长方形、三角形、六边形等形状，边长可以在0.5mm到5mm范围内选择，压电柱的高度可以在0.5mm到20mm范围内选择。压电陶瓷块的极化方向平行于陶瓷柱的高度方向。在切割过程中，压电陶瓷块在厚度上不透切，保留共同的基底，来达到定位的目的。

[0067] (2)向陶瓷小柱中间浇注环氧树脂，固化。灌注材料也可以选择酚醛树脂等一系列固化后有较好机械性能的聚合物

[0068] (3)在上一次切割形成的刀槽上再次切割，形成新的切槽，切槽深度等于硅橡胶的设计深度。

[0069] (4)在新的切槽中浇注硅橡胶。或者选择类似的固化后杨氏模量较低的聚合物。

[0070] (5)将样品倒置，切割预留的压电陶瓷基底，位置要与之前形成的切槽对齐，形成反面的切槽，切槽深度等于硅橡胶的设计深度。

[0071] (6)向反面的切槽中浇注硅橡胶。

[0072] (7)对压电复合材料的上表面和下表面进行打磨修整，并用丙酮清洗，然后使用磁控溅射的方法在表面上制备银电极。

[0073] 本发明按照上述工艺流程实验制备了复合材料样品，如图7所示。利用阻抗分析仪对改进聚合物相的1-3型压电复合材料进行性能测试，复合材料的机电性能如表3所示。

[0074] 表3.改进聚合物相的1-3型压电复合材料的性能参数

[0075]

[0076] 根据实验结果绘制了样品性能随硅橡胶占聚合物体积百分比的变化曲线，如图8所示，并将实验结果与仿真数据作了对比。

[0077] 由图8可以看出，实验结果的变化趋势与仿真结果吻合，而且实验值比仿真值略大，这可能是由于仿真计算时的理论参数与实验材料的实际参数不一致造成的。由图8(a)可以看出，压电复合材料的仿真谐振频率fs实验值与仿真值的误差小于4.9％，而反谐振频率fp的误差小于7.3％。声速v的变化规律与反谐振频率fp是一致的，如图8(b)所示。

[0078] 由图8(c)可以看出，复合材料的机电耦合系数keff随着硅橡胶体积百分比vs的增大而增大的，实验中复合材料的机电耦合系数略大于仿真值，实验与仿真误差不超过5.9％，当硅橡胶体积百分比vs为0.6以上时，机电耦合系数趋于稳定并达到最大，keff的最高值可以达到0.69，复合材料的厚度振动模式较强，聚合物对压电陶瓷柱的纵向伸缩振动影响较小。实验结果表明，改进聚合物相的1-3型压电复合材料的机电耦合系数大于聚合物/陶瓷1-3压电复合材料。硅橡胶的体积分数vs为0.6至0.8时即可以确保改进聚合物相的
1-3型压电复合材料的具有高机电耦合系数，又可以保留一定量的环氧树脂中间层来起到横向支撑复合材料的作用。

[0079] 由图8(d)可以看出,复合材料的特性阻抗z随着硅橡胶体积百分比vs的增加变化较小，其变化趋势与仿真结果吻合，误差小于6％。

[0080] 表4对比了改进聚合物相的1-3型压电复合材料和聚合物/陶瓷1-3压电复合材料的机电耦合系数：

[0081] 表4.两种压电复合材料性能对比

[0082]压电复合材料 机电耦合系数
改进聚合物相的1-3型压电复合材料 0.69
聚合物/陶瓷1-3压电复合材料 0.62

[0083] 从该表4中可以看出，改进聚合物相的1-3型压电复合材料具有更高的机电耦合系数，压电复合材料的机电转换效率显著提高。

[0084] 上述实施例中，聚合物中间层填充的是环氧树脂，顶层和底层填充硅橡胶。此外也可以采用其它替代形式，也能实现本发明的目的，比如：

[0085] 1)只在中间层填充环氧树脂，顶层和底层不填充，即保持中空，如图9所示，这种结构也能镀上电极。

[0086] 2)压电陶瓷块的中间层选择不切透，保留薄薄的一层压电陶瓷，如图10所示。这种结构中，中间的压电陶瓷层可以起到与环氧树脂类似的横向支撑的作用。该压电陶瓷层两边可以不填充任何材料，保持切槽中空，这种的结构上表面和下表面同样可以镀电极；该压电陶瓷层两边也可以采用与以上实施例类似的结构，即填充杨氏模量较低的硅橡胶，如图11所示。

[0087] 上述实施例中，“硅橡胶-环氧树脂-硅橡胶”三层是截然分开的形式，在其它实施例中，也可以采用具有梯度杨氏模量的材料，即杨氏模量从中间向两边逐渐降低(渐变)的材料，只要满足“中间材料杨氏模量较高，两边材料的杨氏模量较低”即可。具体材料也可以是其它材料，如环氧树脂可以替换为酚醛树脂，硅橡胶可以替换为杨氏模量较低的聚氨酯等。

[0088] 上述实施例中，顶层和底层硅橡胶的厚度相同，在其它实施例中厚度也可以不同，即为非对称的夹心式结构，也能取得某些特别的效果。

[0089] 本发明中复合材料的制备方法，也可以采用其它实现形式，如先正向切槽-灌注硅橡胶-反面切槽-灌注环氧树脂-再切槽-灌注硅橡胶；又或者先正向切槽-灌注硅橡胶-反面切槽-灌注硅橡胶(中间不切透保留一部分压电陶瓷)；又或者先正向切槽-灌注环氧树脂-再正向切槽-再反向切槽-再两面一起灌注硅橡胶。

[0090] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。