聚偏氟乙烯薄膜结晶结构及其压电性能调控的研究

发布时间：2020-03-20 01:33

【摘要】：高性能压电和铁电聚合物涂层在无损检测、结构监测和振动控制等领域有广泛的应用。如何对PVDF薄膜的β-晶进行调控,使其获得高的压电性和铁电性在实际应用中具有重要意义。本文主要研究了不同涂布方法、浓度、溶剂及共混对PVDF薄膜结晶结构、取向、形貌和压电性能等的影响,以及单个液滴沉积图案的影响因素和薄膜形成过程。利用红外光谱、同步辐射二维掠入射广角X-射线散射、原子力显微镜和压电力显微镜对PVDF薄膜的结晶结构、结晶取向和结晶形态进行了探究,利用拉伸机、紫外-可见分光光度计、光学接触角和表面张力仪对其机械性能、透明性和接触角进行表征。研究结果表明,1)超声喷涂法制备的PVDF薄膜具有相对较高含量的铁电相,且结晶尺寸较小,机械性能和透明性较好,接触角较小。2)与DMF、DMAc和NMP溶剂相比,DMSO溶剂的PVDF薄膜的β-晶含量最高,压电性能最高。3)DMSO溶剂中加入少量乙醇有利于提高PVDF薄膜的β-晶相对含量,混合溶剂DMSO/乙醇比例为8/2时最佳。4)一定浓度范围内(8~20 mg/ml),PVDF薄膜的β-晶相对含量随着浓度的增加先增加后减少,在12 mg/ml的浓度下得到较高含量β-晶。5)少量的PU(0-3%)与PVDF共混在一定程度上也有利于提高PVDF薄膜的β-晶相对含量,PU起β-晶成核剂作用,使成核数目增加且晶体尺寸变小。6)溶剂蒸发速度越快,单个液滴的咖啡环现象越不明显;液滴蒸发诱导的PVDF晶体主要分布在咖啡环的边缘区域,而且液滴内部区域比边缘区域含有更多的α-晶。7)相较于微液滴,毫米级液滴干燥后的内部区域形成微米级鼓包状球晶,且含有更多树枝状的α晶体结构。8)超声喷涂成膜的过程中,液滴沉积形成的薄膜的结晶大小和粗糙度依赖于溶剂的蒸发速度以及喷嘴和基板之间的距离。随着喷嘴与基板之间距离增加,咖啡环结构越来越明显,薄膜的粗糙度增加,结晶尺寸逐渐减小。
【学位授予单位】：北京石油化工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2;TQ325.4

【参考文献】