固相剪切碾磨对聚偏氟乙烯结构和介电性能的影响

利用固相剪切碾磨技术(S~3M)制备了高β晶含量的聚偏氟乙烯(PVDF)微米级粉体,研究了PVDF粉体的结构形态、粒径及粒径分布,碾磨遍数对粉体结晶结构和介电性能的影响。结果表明,固相力化学反应器强大的挤压和剪切作用可使PVDF中α晶转变为晶,从而有效提高PVDF粉体中β晶相对含量;随碾磨遍数增加,PVDF粉体β晶含量逐渐提高,未碾磨PVDF中的β晶相对含量为37%,碾磨15遍后β晶相对含量达90%以上;同时,介电常数则由1.20增加至10.77,提高约1个数量级。固相剪切碾磨技术为高介电性能材料的制备提供了新途径。     

拉伸速率对PVDF薄膜介电压电性能的影响

通过单轴拉伸工艺制备了PVDF压电薄膜,运用X射线衍射和FTIR分析技术分析了不同拉伸速率下薄膜的微观结构;并探讨了极化电场对薄膜压电介电性能的影响.结果表明PVDF经单轴拉伸后,体系中出现了压电性能很强的β相和γ相,而且拉伸速率越高,体系出现的β相和γ相越多.随着极化电场的升高,PVDF压电薄膜的压电应变系数升高,介电常数升高,介电损耗降低.     

MWNTs/PVDF复合材料的介电性能

基于熔融法制备多壁碳纳米管(MWNTs)/聚偏氟乙烯(PVDF)基复合材料,研究不同含量的MWNTs对MWNTs/PVDF复合材料介电性能的影响规律,并探讨其对复合材料介电常数的影响机制。结果表明,随着MWNTs含量的增加,复合材料中α-PVDF相转换成γ-PVDF相;通过宽频介电阻抗谱仪测试,发现介电常数随着温度的增加而增加,并向高温方向移动;在电场的作用下,添加MWNTs能加剧PVDF材料分子键的热运动以及极化现象。另外,研究发现,由于介电损耗降低,表明复合材料的介电性能得到了改善。     

强电场作用下BiCl3/PVDF膜的制备与其压电性能研究

为了得到压电转换效率高的PVDF压电膜,提高PVDF薄膜中的β晶含量以及控制薄膜的微结构是关键。以BiCl_3/PVDF混合溶液在强电场中流延成膜。通过FT-IR,XRD与SEM表征了复合膜的晶相组成与微结构特征,将复合膜组装成压电器件并测试了其压电响应。结果表明,BiCl_3与强电场分别对复合膜的晶相组成与排列有较大的影响,BiCl_3掺杂量达到2%(质量分数)时,结晶度最大达到76.5%,β晶的含量最高达到89.5%。强电场促进了复合膜中β晶的形成与取向排布,进一步提高了复合膜的压电响应,相比于无电场下制得的复合膜,电场强度为750kV/m下制得的复合膜的输出电压提升了3倍,电压正峰值达到60.8V,其瞬时输出功率面密度达到120.1μW/cm~2,正常工作的最高冲击频率为250Hz。     

热极化和电晕极化铁电PVDF薄膜的成分和结构

用高分辨率X-射线光电子能谱（XPS）研究了热极化和电晕极化的PVDF薄膜的成分和结构的变化。结果表明：PVDF薄膜的热极化和电晕极化反应过程和机理不同。在热极化过程中.高温强电场作用使PVDF薄膜产生了少量的F^-自由基,继而产生HF,形成了新C=C键：怛是,在电晕极化过程中荷能粒子使PVDF产生了H^＋自由基。热极...     

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。      

PVDF铁电聚合物薄膜的溶液法制备

采用溶液流延法制备了β相聚偏二氟乙烯(PVDF)铁电聚合物薄膜,研究了不同热处理条件和不同溶剂对薄膜晶相结构形成的影响.利用X射线衍射仪、傅立叶红外光谱仪(FTIR)对晶形结构进行了分析.结果表明,在合适的温度条件下,基片的热诱导作用有利于β晶相形成,而在较高温度下主要形成γ晶相,较低的温度将会抑制PVDF结晶;溶剂的溶度性能对薄膜的结晶能力和晶型的形成有很大影响,采用对PVDF溶解能力较强的溶剂DMSO所制备的薄膜中晶区内β晶型的含量高但其结晶能力差,而采用溶解能力较弱的DMAc溶剂虽然提高了薄膜的结晶度,却降低了β晶型的含量.     

高β相离子液体/聚偏氟乙烯介电材料及熔融沉积成型

通过将聚偏氟乙烯(PVDF)与离子液体(IL)熔融共混制备IL/PVDF复合材料，并研究其晶相结构。结果表明，离子液体的咪唑阳离子与PVDF的-CF₂基团之间的相互作用能够有效诱导PVDF极性β相的生成，复合材料的β相相对含量最高可达81.83%,是纯PVDF的2.7倍。IL/PVDF复合材料的介电常数最高可达21.0(100 Hz),相比纯PVDF提高了4倍。此外，探讨了熔融沉积成型(FDM)对IL/PVDF复合材料的影响，发现FDM成型能够进一步提升复合材料的极性β相含量X_c(β),这对FDM成型制备PVDF基电子储能及传感设备具有一定的参考价值。     

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．     

聚偏氟乙烯压电薄膜的制备及结构

采用溶液浸渍提拉法制备了β型PVDF压电聚合物薄膜,采用X衍射、扫描电镜等手段测定了PVDF薄膜的物相结构,结晶形态及薄膜厚度等.结果表明,基板的诱导作用使PVDF在较低温度下结晶形成极性的正交β相晶,在较高温度下结晶形成非极性的单斜相α晶.在低温下得到的PVDF薄膜中β晶呈典型的球晶结构,晶粒粒径随着膜厚的增加而增大,α晶体颗粒的堆积疏松,薄膜致密性差;在较高温度下形成的α晶相,以二维生长为主,晶粒大小随着膜厚的增加基本上保持不变,晶颗粒间接触紧密,薄膜致密性好.     

PVDF薄膜单轴拉伸及交流极化特性研究

研究制备压电聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜的两个关键步骤——拉伸和极化。在单轴拉伸中,在不同拉伸倍率下(R=2,3,4,5)晶区发生到的相变,拉伸前后薄膜中相含量相差较大,随着拉伸比的增大含量的增加速率变小,在R=5时达到最大值75%。在交流热极化中,测量在不同极化波形(三角波和正弦波)下,流经PVDF薄膜中的电流,使用数值补偿法消除电导电流和线性感应电容电流的影响,得到薄膜极化电流;在正弦电场下,研究不同频率对薄膜极化性能的影响,在低频(f=0.1 Hz)下更多偶极子发生翻转且所得到的电流曲线受电导和电容效应影响较小;拟合得出剩余极化强度与外加电场之间的非线性关系。在相同的低频正弦极化电场下,对薄膜样品的压电性进行测试,分别测量其压电系数d33值,其A类不确定度约为7%,说明采用低频交流极化的方法所得到的压电薄膜具有较好的一致性和重复性。     

聚偏氟乙烯/碳纳米管复合材料的制备及性能研究

通过溶剂蒸发成膜法,研究了多壁碳纳米管(MWNTs)对聚偏氟乙烯(PVDF)结晶行为、热行为及力学性能的影响。研究表明,随MWNTs的加入PVDF中α相逐渐减少,而β相晶体含量逐渐增加。且随着MWNTs含量增加,PVDF晶体体积减小,颗粒增多,完善度下降。表明MWNTs作为成核点有利于PVDF结晶,晶体颗粒明显增多,但另一方面,晶体相互制约,晶体尺寸减小。     

拉伸工艺对聚偏氟乙烯薄膜结晶特性的影响

采用挤出法制备了PVDF片材;利用单轴拉伸工艺制备了β相含量相对较高的聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜;采用偏光显微镜、差示扫描测试仪、X射线衍射仪等仪器,分析了拉伸过程中PVDF薄膜的形貌、结晶度以及结构变化,讨论了不同拉伸温度、不同拉伸比以及不同拉伸速率对薄膜微观结构及β相相对含量的影响。结果表明:PVDF薄膜拉伸过程中α相受外力作用转变成β相。PVDF挤出片材在拉伸温度80℃、拉伸比5倍,拉伸速率50mm/min条件下进行拉伸时,薄膜中β相的相对含量可高达57%。     

静电场对熔融结晶聚丙烯薄膜显微形态的影响

用偏光显微镜研究了聚丙烯薄膜在静电场作用下的熔融结晶过程。结果表明,聚合物在熔融状态下易受静电场的作用而产生极化,随着电场强度的增加极化现象加剧,结晶时与未经电场作用的分子链有不同的构象。静电场使聚合物球晶沿电场方向被拉长,趋于定向结晶。在外场的“牵引”下,环状消光环消失,表明球晶的辐射状片晶由扭曲生长转变为伸直生长。静电场对晶棱生长有促进作用,使其晶体尺寸增大。     

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。     

LiCl添加剂对超临界CO_2诱导相转化所形成的PVDF膜结构的影响

研究了无机盐添加剂LiCl对超临界CO2诱导相转化所制得的微孔PVDF膜的形貌和晶体结构的影响.对不含盐的体系,PVDF膜显示出液一液分相和结晶作用两种过程的形貌特性,即由互相连接的PVDF粒状微晶包围的蜂窝状孔结构.而对含盐体系,PVDF膜内部形成了大孔结构.随着LiCl加入量的增加,大孔尺寸先增大后减小.宽角X-射线衍射分析表明,由不含盐体系所制得的膜中PVDF晶体结构为α型(Ⅱ型),而由含盐体系所制得的膜中PVDF晶体结构则为β型(Ⅰ型).感应耦合等离子体质谱分析表明,约16%～22%的LiCl仍然残留在PVDF膜中.     

MMA-co-AA两亲性共聚物对聚偏氟乙烯膜性能及微观结构的影响

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸(AA)为单体,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,采用自由基共聚合成了两亲性无规共聚物MMA-co-AA,并将其与聚偏二氟乙烯(PVDF)共混,通过浸没沉淀相转换法制备了PVDF共混膜。利用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)以及水接触角等对共混膜的性能与微观结构进行了研究。结果表明,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂以及两亲性共聚物MMA-co-AA有利于提高PVDF的结晶度,能促进β-PVDF晶型的形成。同时,MMA-co-AA能引发PVDF共混膜表面出现微孔,随着两亲性共聚物含量的不断增加,共混膜的接触角逐渐减小,表面亲水性得到改善。     

高β相多壁碳纳米管/离子液体/聚偏氟乙烯介电材料制备及熔融沉积成型

通过添加离子液体(IL)改性多壁碳纳米管(MWCNT)制备了MWCNT/IL/聚偏氟乙烯(PVDF)复合材料.研究表明,IL-MWCNT的共轭作用能有效诱导PVDF极性β相生成,复合材料β相含量最高可达76.8％,是纯PVDF的2.62倍;材料介电常数可达26.55(100 Hz),相比于纯PVDF增大了355％.此外,还探讨了PVDF复合材料的熔融沉积成型(FDM)成型制备最佳工艺参数,这对利用FDM成型制备可设计性器件具有一定的参考价值.     

ZrO2/聚偏氟乙烯复合材料介电性能及松弛行为

通过熔融法制备了ZrO₂/聚偏氟乙烯（PVDF）复合材料,采用SEM、XRD和FTIR对其形貌和结构进行分析,结果表明,ZrO₂分布较为均匀,ZrO₂/PVDF复合材料主要含α相和少量γ相。采用宽频介电谱（BDS）测试,ZrO₂/PVDF复合材料介电常数ε'随ZrO₂含量的增加而增加,而介电损耗tanδ保持定值,表明ZrO₂的加入可以显著提高ZrO₂/PVDF复合材料的介电性能。经计算ZrO₂/PVDF复合材料介电模量M″和活化能,发现有玻璃化转变峰、缺陷峰和界面极化峰存在,而加入ZrO₂后,ZrO₂/PVDF复合材料活化能增加。      

ZnO/PVDF压电复合材料的制备及性能

采用超声模板法制备了平行束状纳米ZnO晶须,将其与压电高聚物PVDF复合,用热压法制备六种含平行晶须状纳米ZnO不同质量分数与不同形态、尺寸的ZnO的ZnO/PVDF复合材料。经取向、极化后对其结构、形态及介电性和压电性能进行了系统测试。结果表明:尺寸与形态对压电复合材料的影响极大,球型、准球型、四针状纳米ZnO和非纳米ZnO与无定型PVDF复合,虽经同样条件极化处理,并无压电性能产生。与传统观念不同,即使主体为PVDF,但随着平行晶须状纳米ZnO含量的增加,电性能参数呈非线性增大,在ZnO含量仅为15%左右时就产生了复合材料介电常数ε和压电常数d33值的转折性突跃,与单一压电高聚物材料相比显著增加,且极化性能得到明显提高。