PVDF基复合热释电材料的制备及其性能研究

发布时间：2020-07-10 18:10

【摘要】：随着人工智能和生物智能的不断发展,对柔性热释电材料提出了更高的要求。柔性热释电材料兼具结构简单、柔性、薄膜化、价格低廉等众多优点,在热释电领域得到了快速的发展。本文以柔性聚偏氟乙烯(PVDF)热释电材料为主体,研究不同材料掺杂后复合材料热释电性能的变化,并对制备工艺进行优化。主要的研究工作如下:(1)以PVDF为主体材料,钛酸钡(BT)为复合添加相,研究了BT的结构对复合薄膜性能的影响。实验结果表明以改性BT纳米线为掺杂物的1-3型复合薄膜性能最好。通过XRD、FTIR和D-E曲线表明,该1-3型复合薄膜中的β相含量最高,剩余极化强度最大;改性后的BT纳米线有助于复合材料β相的生成,主要是由于聚多巴胺和PVDF分子链之间氢键作用,诱导PVDF中的α相转变成β相,从而达到β相增多的效果。不过复合材料的相对介电常数和介电损耗都变大,而且降低了PVDF薄膜本身的抗击穿特性,优质因子等指标也有所下降。(2)以PVDF为主体材料,钽酸锂(LT)为复合添加相,研究了LT对复合薄膜性能的影响。SEM分析表明,复合薄膜表面孔洞很多。FTIR和D-E曲线测试结果表明该复合薄膜α相和β相含量基本保持不变,而剩余极化强度提升明显。热释电及介电测试结果表明,复合材料热释电性能有明显提升,不过介电特性较掺杂前明显降低。(3)以PVDF为主体材料,聚酰亚胺(PI)为复合添加相,研究了PI对复合薄膜性能的影响。SEM分析表明,复合薄膜表面比较致密,这归因于两有机相容性较好。FTIR和D-E曲线测试结果表明复合薄膜中α增加,β相减少,剩余极化强度变小,证明PI有益于PVDF中α的生成或者有益于β相到α相的转变,复合薄膜热释电系数也因此降低。不过介电分析表明,复合薄膜的抗击穿性能提升较大,介电常数相对减小,抗拉伸能力增强。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB34;TB383.2
【图文】：

原理图,热释电效应,原理图,热极

图 1-1 热释电效应形成的原理图释电材料具备了，但是想要热释电材料具有热释电效应，就还需要将，所谓极化就是将材料放入一个平行电场中，这样就会使材料的偶极从而产生感应电荷。常见的极化机制有四种：电子极化(也叫电子位移化(是原子核发生位移)、界面极化(是一种非均相介质的界面处的极矩的取向性极化(也称转向极化，就是电偶极矩的转向)。常见的极化方式就是电晕极化[14,15]和热极化[16-18]。热极化的字面意候进行极化，实际就是在给定温度的情况下施加电场，使材料内部杂极矩和电场的方向一致，从而达到有规律的取向排布。然后电场不变环境温度，来达到冻结这种取向的目的。冻结成功后就可以撤去电场部的电偶极矩还是保持有电场时的排列状态。电晕极化是一种针尖后较高的电压使得空气发生电离，产生离子流，以此来对材料表面来理手段，让材料表面附有极性。本文采用的极化方式是热极化(高温

等效电路图,等效电路,并联电路,模型

(a)串接模型和它们的等效电路；(b)并联电路和它们的等个相面的粒子扩散到其它相面时，极化粒子在场中会使介电常数的计算变得极为复杂。下面给出所arnett 公式[20]：()(1)()11211211 + ++=AAAeff 分别为阵列和组成材料的体积分数。容性面垂直方1和2 分别为阵列和材料的介电常数。eff 为复合电常数是根据混合物各组分的平均电场计算得到的观点认为 Maxwell-Garnett[46]公式仅适用于有限无限多的情况下，式(2-4)不再适用。对此，他提出行求解，在式(2-4)的基础上得出了式(2-5)：11122 = Aeffeff

模型图,连通性,模型

第二章 PVDF 复合钛酸钡的研究划分为一个个组分各异的球域，复合物整体的性质就由其理想域的组分共同决定。性模型合材料的制造，组件的性质，存在的每个相的量以及它们如何重要的。Newnham[50]等提出了连通性的概念。这里审查的是连续。混合物中的任何相可以在零维，一维，二维和三维中自连接。物主体材料中的夹杂物应具有连通性 0，而主体聚合物应具有连可以说具有 0-3 复合材料或 0-3 掺杂。在两相复合系统中，可以性，分别是 0-0、0-1、0-2、0-3、1-1、1-2、1-3、2-2、2-3 和 3-第一个数字表示夹杂物的连通性，第二个数字表示主体。通常，的情况下，主体是聚合物。图 3-2 中使用立方体作为构建块以及通性。基于以上概念，在 0-3 连通性复合材料中，在 3D 主体聚性颗粒的随机分布。

【参考文献】