定向BaTiO3晶须/PVDF压电复合材料的制备及性能研究

以高度定向的BaTiO3晶须作为活性相、聚偏氟乙烯(PVDF)作为基体制备了压电复合材料，研究了该复合材料的介电和电学性能，研究结果表明，以BaTiO3作为活性相的晶须复合材料与粉末复合材料相比，其介电常数(ε)、压电常数(d33)和剩余极化率(Pr)大大提高，而其损耗因子(tanδ)具有相反的趋势，对晶须复合材料，沿晶须定向方向的ε、d33和Pr的值比晶须平行方向要高得多，分析了产生这些差别的原因。     

0-3型PZN-PZT/PVDF压电复合材料的制备工艺条件优化

采用固相法合成了性能良好的PZN-PZT陶瓷粉体.将压电陶瓷粉体分散于PVDF基体中,制备了0-3型PZN-PZT/PVDF压电复合材料.研究了复合材料的复合工艺、极化参数与压电陶瓷的含量对复合材料压电性能的影响.结果表明,溶液混合工艺较好,且当极化电场强度为6kV·mm-1、温度为110℃进行极化20min时,陶瓷粉体质量分数为90%的复合材料的压电性能最好,压电常数d33值达35.9 pC·N-1.     

PVDF/PZNZT压电复合材料的结构与性能

为了扩展压电复合材料的应用领域,首先,通过固相合成法制备了0-3型聚偏氟乙烯(PVDF)/Pb(Zn_1/3Nb_2/3)_0.05Zr_0.47Ti_0.48O₃ (PZNZT)压电复合材料;然后,研究了PVDF含量对PVDF/PZNZT复合材料物相、显微结构及性能的影响。结果表明:PZNZT陶瓷粉料与PVDF粉料混合后,其平均粒度接近于纯PVDF粉料的。于220℃下烧结后, PVDF/PZNZT复合材料在XRD谱图中主要显现出PZNZT钙钛矿结构的衍射峰。当PVDF含量较低时, PZNZT陶瓷晶粒间的结合较松散;随着PVDF含量的增加,陶瓷晶粒几乎都被PVDF相包围。因显微结构不同,不同PVDF含量的PVDF/PZNZT复合材料在极化电场中呈现出不同的串、并联电路。极化后, 5wt% PVDF/PZNZT复合材料的电性能最佳,其介电常数为116、介电损耗tan δ为0.04、压电常数为48 pC/N且机电耦合系数为0.28。随PVDF含量的增加, PVDF/PZNZT复合材料的居里温度降低,维氏硬度有所增加,但仍小于纯PZNZT压电陶瓷的硬度。所得结论显示PVDF/PZNZT压电复合材料的性能可以满足水声、电声及超声换能器等的要求。      

PZN-PZT压电陶瓷及其PVDF压电复合材料的制备和性能

采用固相烧结法合成了PZN-PZT(铌锌锆钛酸铅)三元系压电陶瓷烧结块材和粉末,并采用XRD、SEM等测试方法对其结构和性能进行了分析。PZN-PZT常压烧结陶瓷具有优良的压电性能,PZN-PZT颗粒粒径在0.5~4 μm之间,颗粒形态不太规整。采用溶液共混法将PZN-PZT粒子均匀分散于PVDF基体中,制备了PZN-PZT/PVDF 0-3型压电复合材料。研究了PZN-PZT质量分数、极化电场等因素对该压电复合材料压电和介电性能的影响。实验结果表明,选用压电活性更高的压电陶瓷粉末进行复合,可有效提高压电复合材料的压电性能。增加PZN-PZT质量分数、提高极化电压均有利于复合材料压电性能的提高。     

炭黑改性PZN-PZT/PVDF压电复合材料的制备与性能

将导电炭黑掺杂的聚偏氟乙烯(PVDF)与铌锌锆钛酸铅(PZN-PZT)陶瓷粉体复合,制备0-3型压电复合材料,研究了炭黑添加量对压电复合材料电性能的影响.结果表明,适量的导电炭黑可以明显提高复合材料的极化和压电性能.当炭黑含量为0.3%时,压电复合材料的综合性能最佳,剩余极化强度Pr达到5.37μC·cm-2,矫顽场Ec为57kV·cm-1,介电常数εr为177.2,压电常数d33达到39.7pC/N.     

PVDF/PTFE双层复合驻极体膜的制备及压电性

基于利用PTFE优异的电荷储存性能，诱导和稳定PVDFβ相的形成以提高复合材料的压电性的思想，采用旋涂工艺和电晕放电方法制备了PVDF/PTFE复合驻极体压电膜，借助压电系数和表面电位测量相结合的方法，研究了制备工艺对复合膜驻极体性能的影响，并结合XRD衍射分析，研究了结晶形态与压电性的关系．结果表明复合膜d33压电系数最高达75pC/N，明显优于PVDF单层膜，其原因与复合膜电荷存储能力的提高及复合膜PVDF微晶中β相含量的增加有关．     

PVDF/FEP/ZnO复合涂层的制备及防垢性能研究

为了解决金属表面的结垢问题,以聚偏氟乙烯（PVDF）和聚全氟乙丙烯（FEP）为原料,通过添加不同含量的纳米ZnO制备了PVDF/FEP/ZnO复合涂层,研究了纳米ZnO添加量对复合涂层疏水性能和防垢性能的影响。通过接触角测量仪、扫描电子显微镜（SEM）和X射线粉末衍射仪（XRD）对涂层进行了表征。结果表明：纳米ZnO的添加量为5.0%（质量分数）时,PVDF/FEP/ZnO复合涂层的表面自由能为8.6 mJ/m²,水接触角为114.8°;PVDF/FEP/ZnO复合涂层在过饱和碳酸钙溶液中结垢336 h后,其表面的碳酸钙结垢量仅为环氧涂层的72%,且文石和球霰石的摩尔分数之和达到了91.4%,表明复合涂层具有优良的防垢性能,在防垢领域具有较好的应用前景。     

ZnO晶须增强树脂基复合材料研究

对ZnO晶须／NR复合材料的实验研究表明,表面改性后的ZnO晶须对NR具有显著的增强和抗老化作用,其增强效果沿橡胶混炼剪切方向与垂直剪切方向几乎相同。对ZnO晶须／PPS复合体系的研究结果表明,偶联剂表面处理后的ZnO晶须对PPS有显著的增强作用。研究发现,经典的预测复合材料强度的理论公式可以较好地预测ZnO晶须／NR体系,但对ZnO晶须／PPS复合材料的预测则与实测值存在较大差异。分析认为其主要原因是该晶须特殊的空间四针状结构能有效地传递受力．尖端作用避免了端口应力集中引起的破坏。     

针状ZnO晶须的制备及其电磁参数性能

利用碳热还原法,将锌粉和碳粉混合后在马弗炉中有梯度地加热,制得了针状ZnO晶须。利用XRD和SEM分别对ZnO晶须的结构和物相、形貌和尺寸进行分析,还分析了制得的ZnO晶须的吸波性能。结果表明,制得的ZnO晶须纯度高,结晶度高;ZnO晶须排列致密,呈针状结构,直径为20～50μm,长度超过700μm,长径比>14,符合晶须标准;m(Fe)∶m(ZnO)=4∶1与1∶1复合粉体的电磁损耗相近,但改变ZnO的含量在一些频率段电磁损耗程度不同,说明ZnO晶须加入量的改变对复合粉体的吸波性能有一定的影响。     

0-3 PZT/PVDF 压电复合材料的制备及其性能

采用溶液混合法制备PZT/PVDF压电复合材料。首先用水热法制备出适合溶液混合的PZT陶瓷粉末,并根据陶瓷粉末对PVDF的吸收量,选择乙醇作为PVDF的溶剂进行混合,然后烘干制备PZT/PVDF复合粉末,再成型极化。实验结果表明,这种复合方法提高了PZT陶瓷颗粒在PVDF有机基体中的分散度,使材料内部均匀,结构致密,从而提高了PZT/PVDF压电复合材料的压电和介电性能。      

(Na,K)0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷的结构与性能研究

研究了K0.5Bi0.5TiO3(KBT)含量对Na0.5Bi0.5TiO3-K0.5Bi0.5TiO3(BNKT)无铅压电陶瓷的显微组织结构及压电性能的影响规律,结果表明随KBT含量增加,BNKT无铅压电陶瓷的晶胞参数增大,密度减小,晶粒尺寸减小,居里温度从326℃升高到360℃,压电常数、介电常数和介电损耗增加,机械品质因数下降;KBT含量为0.15mol的(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷位于准同型相界处,具有较佳的压电性能.     

LiTaO3掺杂对K0.5Na0.5NbO3基无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统陶瓷工艺制备了LiTaO3掺杂的K0.5Na0.5NbO3基无铅压电陶瓷(记为KNN xLT,x=0～8%(摩尔分数)),并研究了陶瓷的晶相、显微结构和压电、铁电等性能.研究结果表明,KNN xLT陶瓷的正交相-四方相准同型相界(MPB)位于4%＜x＜6%处.随着LiTaO3含量的增加,陶瓷的正交→四方结构相变温度(TO-T)向低温方向移动,而四方→立方结构相变温度(Tc)向高温方向移动.陶瓷的压电常数d33和机电耦合系数kp随LiTaO3含量的增加均先增大后减小,而剩余极化强度Pr则随之逐渐减小,矫顽场Ec逐渐增大.当x=6%时,陶瓷具有较好的压电和铁电性能:d33=190pC/N,kp=40.0%,Pr=22.0μC/cm2,Ec=1.78kV/mm,Tc=440℃.该体系陶瓷具有较高的压电常数和比较大的平面机电耦合系数,是一种应用前景良好的压电铁电材料.     

石墨改性0-3型PZT/PVDF复合材料电学性能研究

运用热压成型工艺制备了0-3型0．5PZT／xC／(0．5-x)PVDF(x=0．002～0．016)压电复合材料，研究了复合材料的极化、压电和介电性能。结果表明：适量石墨的加入，可以明显提高复合材料的极化性能。随着石墨含量的增加，复合材料的压电系数、机电耦合系数升高，机械品质因数降低；当石墨含量x=0．008时，三者都达到极值。复合材料的介电常数和损耗随着石墨含量的增大而上升。     

塑料对0－3型锆钛酸铅压电复合材料性能的影响

研究了不同塑料尼龙１０１０和Ｅ－２０环氧树脂与锆钛酸铅（ＰＺＴ）复合而成的压电复合材料的压电性能，结果表明，尼龙１０１０－ＰＺＴ压电复合材料比Ｅ－２０环氧树脂－ＰＺＴ具有较低的饱和极化电场和较短的饱和极化时间，而且前者比后者具有更高的压电常数。     

3-2型压电复合材料的静水压特性研究

基于压电复合材料的串并联理论以及等效参数理论,推导了3-2型压电复合材料的等效性能参数的计算公式,并针对PZT5/环氧树脂618构成的3-2型复合材料,将计算值与实验结果进行了比较,对理论公式进行了验证,结果表明二者吻合较好.应用理论公式对3-2型压电复合材料的压电性能进行了分析,得出3-2型压电复合材料比1-3型压电复合材料具有更高的静水压压电常数,同时确定了3-2型复合材料中压电陶瓷体积百分比的优选范围.     

溶胶-凝胶法制备锰掺杂 (Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3无铅陶瓷的压电特性

用溶胶-凝胶工艺制备了 (Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3 + x wt% Mn (x=0- 0.4)系列无铅压电陶 瓷.研究发现适量锰的掺杂可以有效地降低材料的介电常数和介电损耗,同时提高材料的退极化 温度,但过量锰的掺杂使得材料的压电特性变差.当锰的掺杂量为 0.1wt%时,陶瓷具有该系列最 大的压电常数( d33=175× 10- 12C/N)、最大的机电耦合系数 kt=56%, kp=26%)、较小的介电损耗 tgδ =2.7%,较高的退极化温度( Td=82℃).     

Sb_2O_3掺杂对(Na_(1-x)K_x)_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统工艺制备了(Na0.84K0.16)0.5Bi0.5TiO3压电陶瓷,研究掺杂离子Sb3+对(Na0.84K0.16)0.5Bi0.5TiO3微观结构和电性能的影响。结果表明烧结温度在1160℃时,样品密度达到最大值5.85g/cm3;X射线衍射(XRD)分析所有陶瓷样品均为钙钛矿相,Sb2O3的掺杂只改变晶胞体积或产生铋离子空位或钠离子空位,不形成异相;掺杂量在0.4%~0.6%时介电常数先增加后减小,介电损耗呈现增大趋势;掺杂0.5%的Sb2O3时,d33最大为142pC/N。     

钙钛矿型低铅压电陶瓷的制备与性能研究

采用传统陶瓷工艺制备了钙钛矿型低铅压电陶瓷xPbTi0.4716Zr0.4834（Mn1/3Sb2/3）0.0450O3-（1-x）（K0.485Na0.485Li0.03）NbO3[xPMS-（1-x）KNLN],研究了该陶瓷体系的结构和介电、压电与铁电性能以及这些结构和性能与工艺条件的关系。XRD分析表明,随着烧结温度的升高,陶瓷晶相由焦绿石相与赝立方钙钛矿相共存转变为单一的四方钙钛矿相;SEM分析表明,在烧结过程中产生了以（K0.485Na0.485Li0.03）NbO3组分为主的液相,并在烧结温度提高的过程中产生孔洞出现-孔洞消失的现象;电学测试表明,xPMS-（1-x）KNLN陶瓷具有良好的性能,在x=0.75、烧结温度为1250℃时,陶瓷的性能参数为压电常数d33=182pC/N,机电耦合系数kp=34.5%,居里温度TC=165℃,剩余极化强度Pr=21.2μC/cm2,矫顽场强Ec=1.47kV/mm,介电常数εr=1879,介电损耗tanδ=0.92%。     

钛酸铅—环氧树脂压电复合材料的极化及压电性能研究

对钛酸铅／环氧树脂复合压电材料的极化性能进行了研究。结果表明,较高的极化电场强度和较高的极化温度均有利于压电复合材料压电性能的提高,但超过一定值时,材料会达到饱和极化状态,压电变常趋于稳定。     

PZT含量对PZT-PZN-PNN压电陶瓷材料电性能的影响

采用传统固相法制备了xPb（Zr0.52Ti0.48）O3-（1-x）{Pb（Zn1/3Nb2/3）O3-Pb（Ni1/3Nb2/3）O3}（简称PZT-PZN-PNN）四元系压电陶瓷，研究了不同PZT含量对PZT-PZN-PNN陶瓷的相结构、显微结构、压电性能和介电性能的影响。结果表明：材料的压电常数（d33）、机电耦合系数（％）和介电常数（曲随着PZT含量的增加先增大，后减小，当PZT含量为0.83时，其值达到最大值；随着PZT含量的增加，材料的机械品质因数（Qm）逐渐增大，谐振电阻僻（Rf）和介电损耗（tanδ）逐渐减小。当PZT含量为0.83时，四元系PZT-PZN-PNN压电陶瓷在较低的烧结温度（1000℃）下烧结，其主要的电性能参数如下：d33=477pC/N，Kp=0.71，Qm=98，εf=2228，tanδ=0.0070，Tc=325℃，根据双晶片对压电陶瓷材料的性能要求，该纽份可作为纺织机械中选针器用压电双晶片的侯选材料。