电喷法打印PZT薄膜及近场电纺丝法制备P（VDF-TrFE）纤维的研究

发布时间：2020-06-25 14:54

【摘要】：PZT薄膜因其优良的介电、铁电、热释电等性能,广泛的应用于微电子学、光电子学、集成光学和微电子机械系统等领域。然而现有的PZT薄膜制备方法与MEMS器件制造工艺不能完全兼容,在集成PZT薄膜的设计过程中存在着很大的约束。电喷打印技术相比于其他现有的材料沉积技术具有清洁、低成本、更容易获得等优点,可实现高分辨率制备图案化PZT薄膜。另一方面,在微纳米纤维结构的制造技术中,与传统静电纺丝技术相比,近场电纺丝能对纤维沉积位置的准确控制,可实现大面积“直写”P(VDF-TrFE)纤维。纺丝纤维直径可从数十纳米到数十微米进行调控,具有较大的比表面积和特殊的力学、电学性能,因此,在微纳米技术以及生物医疗等领域具有广泛的应用前景。本文采用了溶胶-凝胶(Sol-Gel)法在室温下成功配制了PZT52/48和P(VDF-TrFE)前躯体溶胶。通过自行搭建的电流体动力喷印(Electrohynamic Jet Printing,E-jet)实验平台,采用电喷打印技术,实现在Pt/Ti/SiO_2/Si基底上打印PZT薄膜。每层薄膜的厚度可以控制在10nm以下。并通过多层打印调控薄膜的厚度,最后通过650℃的高温热处理得到三种厚度(220nm,340nm,420nm)的PZT薄膜样品。通过光学显微镜和扫描电子显微镜观察到的经高温热处理后PZT薄膜,其表面均匀、致密,无明显的裂缝和气泡,且和Pt/Ti/SiO_2/Si基底结合良好。同时采用XRD测试方法对PZT薄膜晶体结构进行分析,发现在650℃高温热处理情况下的PZT薄膜完全转化为钙钛矿相,且沿(111)方向择优生长。另一方面,本文利用电流体动力喷印实验平台,采用近场电纺丝法制备了排列均匀的P(VDF-TrFE)纤维。研究了不同的电纺工艺参数对纤维直径和形貌的影响。结果表明:P(VDF-TrFE)溶液的浓度对纤维的形成起到决定性因素,当P(VDF-TrFE)溶液的浓度低于12wt%时,由于射流下落过程中溶液中的溶剂挥发速度不够,导致衬底上得不到纤维结构射流;相同的条件下,工作电压越大,纤维直径越细;同时,收集器的移动速度越快纤维的直径越细。最终通过控制电纺参数实现了对P(VDF-TrFE)纤维直径在0.5μm-12μm范围内的调控。此外,该方法可同时完成P(VDF-TrFE)纤维的原位极化。最后,本文在柔性印刷电路板上制备了宽8mm,间距10μm的P(VDF-TrFE)纤维阵列,分别提出了悬臂梁振动和往复拉伸两种方案,测试制备的P(VDF-TrFE)纤维的压电性。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2;TQ340.64
【图文】：

曲线,铁电体,电滞回线

ZT 薄膜及近场电纺丝法制备 P(VDFDF-TrFE)纤维的性能及应用场作用下时，材料自身的的内部电材料的极化。材料的极化程度可以用、离子极化和取向极化。有一类电极化的现象，而当施加外电场后，材铁电材料在一定温度内，对其极化化强度和电场强度会表现出较为明现出饱和状态，当撤去外电场时，样才能使材料的极化强度反转[12-13]度（Electricfield）（P-E）曲线，称之强度，Ec 表示矫顽电场。

钙钛矿型,八面体结构,晶体结构

南京航空航天大学硕士学位论文2.2 PZT 薄膜的性能及应用PZT（lead zirconate titanate，锆钛酸铅，分子式为 PbZrxTi1-xO3），是一种典型的 AB相结构，其结构示意图如图 1.2（a）所示。在六面体结构中 Pb2+离子位于八个顶点位子位于每个面的中心位置，而 Ti4+或 Zr4+离子则位于六面体的中心位置，。当晶体不受的情况下，Ti4+或 Zr4+离子位于晶体中心处，六个 O2-离子占据着每个晶面的面心，形体结构，如图 1.2（b）所示。当晶体受到外力的作用时，位于晶胞中心的 Ti4+或 Zr4+离移原来的位置，同时 O2-离子会朝着相反的方向移动，这两种阴阳离子的往复移动就T 薄膜产生极化现象。当铁电体不受外力的作用时，其体内会包含很多畴结构，这些极化状态和极化方向是各不相同的，使不同方向的畴沿着同一个方向排列的过程称为。

【参考文献】