PVDF压电薄膜的近电场直接书写制备及其性能研究

发布时间：2021-06-01 03:11

　　聚偏氟乙烯（PVDF）作为一种压电聚合物,它相比于传统的压电陶瓷,有着灵敏度高,密度较小,柔韧性好等优点,在制备轻便小巧、柔性可弯曲的传感器方面独具一格,是一种制造可穿戴柔性传感器的理想材料。传统方法制备PVDF压电薄膜的流程,对设备要求高,工艺复杂,PVDF的β相较低且产品之间的偏差较大。本文采用近电场直接书写法,配制不同成分的打印墨水,通过改变墨水组分和添加含量,探讨了制备过程中影响打印顺利进行的各种参数条件,并在实验中将制得的PVDF进行了一定时间的恒温水浴,探讨水浴对PVDF复合薄膜β相含量、压电性及介电性等方面的影响,制备了高性能的β-PVDF压电薄膜,并研究了掺杂纳米ZnO及离子液体和ZnO共混的PVDF压电复合薄膜的介电及压电性能。通过以上的研究,得到的主要结论有:（1）添加有机盐四丁基氯化铵（TBAC）制备而成的PVDF打印溶液有利于近电场直接书写法的顺利进行,射流直径的适当减小加快了1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）等溶剂的蒸发,薄膜制备过程中可做到随写随干。相较于流延和旋涂等传统方法,近电场直接书写法中引入的TBAC使得薄膜的β相的相对含量有所增加,相比于旋涂法的48... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

正反压电效应示意图

江苏大学硕士学位论文5图1.2压电聚合物类型示意图：(1)本体压电聚合物：分为无定形偶极聚合物和半结晶聚合物；(2)压电/聚合物复合材料，图中所示的是镶嵌在聚合物中的压电粒子或聚合物内部的压电柱(也称为(1-3)复合材料)；(3)空隙带电聚合物：具有气体空隙的聚合物，其表面带有极性电荷Figure1.2Schematicdiagramsofpiezoelectricpolymertypes:(1)bulkpiezopolymers:whicharedividedintoamorphousdipolarpolymersandsemi-crystallinepolymers,(2)piezoelectric/polymercomposites,twoexamplesofwhicharepiezoelectricparticlesembeddedinpolymerorpiezoelectricpillarsinsidepolymer(alsonamed(1–3)composites)and(3)voidedchargedpolymers:polymerswithairvoidswithchargedsurfacesinpolarform.

PVDF压电薄膜的近电场直接书写制备及其性能研究6图1.32D晶体结构示例：非压电(a)正方形和压电(b)六边形Figure1.3Examplesof2Dcrystalstructures:non-piezoelectric(a)squareandpiezoelectric(b)hexagon1.4PVDF压电薄膜的研究进展1.4.1PVDF压电薄膜的特点压电聚合物可用于制造压电MEMS，其成本比无机同类产品低，并且可能更容易加工。由于聚合物材料的优越性，聚合物材料在不同微电子机械系统和微流体中的应用越来越受到人们的关注。这些优点包括与硅相比在某些应用中所必需的机械灵活性。此外，聚合物基器件通常在材料价格和加工技术方面更节约成本，且大多不需要先进的微加工设备。与无机材料相比，许多微器件中常用的聚合物通常具有电绝缘性和机械柔性。然而，有许多聚合物具有额外的性能，使它们在某些应用上具有独特的优势。聚偏氟乙烯(PVDF)是机电设备中最常用的压电聚合物。作为一种半晶态聚合物，有灯丝、溶液、粉末、颗粒或半透明膜等多种形式可供选择。与通常脆硬的压电陶瓷和天然晶体不同，PVDF具有化学稳定性、抗蠕变、柔性的和坚韧等一系列的优点，并且可以制造成大平板的形式[16]。PVDF是一种半结晶聚合物，由H2C=CF2单体聚合而成(参见图7(A))。当连接


本文编号：3209550