单轴拉伸对PVDF基介电体结晶与性能影响的研究

发布时间：2020-07-13 03:43

【摘要】：柔性聚偏二氟乙烯(PVDF)基介电聚合物因其独特的压电、热电和铁电性能备受关注。在α、β、γ和δ四种晶相的PVDF中,β相极性最高,极化后具有良好的压电性。本课题通过溶液流延法制备了PVDF、P(VDF-CTFE)和P(VDF-TrFE)膜,利用单轴拉伸研究了其力学性能;利用FTIR、XRD、DSC、铁电和介电测试设备研究了拉伸前后PVDF、P(VDF-CTFE)膜和P(VDF-TrFE)膜的结晶、介电、储能和压电性能。取得研究成果如下:1)利用低温淬火工艺处理了不同分子量PVDF薄膜,发现其晶区为α、β和γ混合晶相,拉伸后介电膜由α相向β相和γ相的转变,并最终诱导为β相;β相比例随分子量增大略有增加。拉伸后的PVDF膜Tm降低。P(VDF-CTFE)中,样品铁电性能随拉伸速率增加和CTFE单体含量增强;随着TrFE含量的增加,P(VDF-TrFE)铁电膜Tm和Tc减小,铁电性能减弱;2)拉伸前后电滞回线测试表明,未拉伸PVDF和P(VDF-CT FE)膜具有双电滞回线,具有反铁电体的特征,拉伸后样品膜的电滞回线呈现线性向弛豫铁电体特征转变;P(VDF-TrFE)50/50mol%为弛豫铁电体,P(VDF-TrFE)55/45、65/35、70/30、75/25、80/20mol%均表现出铁电体特征;P(VDF-TrFE)75/25的Dm为13.56μC/m2和Dr为9.059μC/m2。拉伸后PVDF基样品膜的εr高于未拉伸样品,且随着拉伸速率的增大而增大;在低频频率范围内,εr随频率升高缓慢降低,高频区(100 kHz),εr随频率的升高而迅速减小。3)单向电滞回线及储能密度计算发现拉伸前后PVDF的Dm均随分子量的增大略有增加,拉伸后的PVDF基聚合物膜具有更高的储能密度;P(VDF-TrFE)能量损耗百分比在矫顽场最大,随着电场增大,损耗有减小趋势;4)压电性能测试表明,拉伸后PVDF膜d33随着温度的升高线性降低,而P(VDF-TrFE)75/25压电膜的d33在25-110℃范围内稳定在-20pC/N,在115℃从-21.26pC/N剧减至-5.45pC/N。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ325.4
【图文】：

西安理工大学硕士学位论文同，介电材料可分为两类：线性料，高场介电常数随电场的变化常数。对于线性介质材料：Ue=1/2 r 0E2数（8.85×10-12F/m）， r为材料的方法来提高介电容器的能量密度料的击穿电场。当线性电介质材合；对于非线性电介质材料而言图 1-1 中所示，橙黄色阴影为能

绪论电体材料在高电场下的充放电特征，可以确定不同能。图 1-2～4 分别为铁电体材料、弛豫铁电体材料时的双向电滞回线和电场为零时铁电体的偶极取向。在放电过程中介电材料的能量密度[26,27]。所示，铁电体的极化强度（D）与外电场（E）之间呈较大的极化强度，即剩余极化较大。图 1-2(b)为电场以看出，铁电体的极化强度即使在电场撤去时也能很化使得电介质的放电曲线远远偏离充电曲线。根据 可知，铁电体的储能密度非常有限，如图 1-2(a)中阴作用下的滞后行为导致储能密度很低。因此，铁电体介质材料。

型弛豫铁电体的双向电滞回；(b)零电场时弛豫铁电体的偶极取向ar D-E loop of typical relaxor ferroelectrics；(b)Diagram of dipole orienferroelectrics at zero electric field[26]成课题组系统地研究了P(VDF-TrFE-CTFE)(80/18/2mol%)接、EMA、BMA)的介电储电性能。由于这类单体的极性高于PS地相容性。它们的引入能够阻止P(VDF-TrFE-CTFE)的结晶降低，因而可以极大地削弱极性晶畴之间强烈的耦合作用，的回复速度，从而使剩余极化值大幅度减小，电滞回线则从或者线性[29]。体结构与铁电体类似，但相邻偶极是沿着反向平行的方式排(b)所示，净自发极化强度为零。反铁电体对电场的滞后现象几乎可以降为零[30]。典型反铁电体的双向电滞回线如图 1-

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本文编号：2752911