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0-3型陶动聚合物压电复合材料因具有柔韧性好、声阻抗小、与生物体组织阻抗匹配和易加工等优点,可广泛应用于水听器、超声传感器等。目前,0-3型压电复合材料的压电性能还远不能与压电陶瓷相比较,最根本的因为之一是压电陶瓷相的相对介电常数比聚合物基体的大得多,在极化过程中陶瓷相上分布电压只分得外加极化电压的小部分,使复合材料中陶瓷相难以得到充分极化。因此,提高O-3型压电复合材料中压电陶瓷相的极化率是有效改善其压电性能的一条重要途径。本文从两个方面提出了改善0-3型压电复合材料极化性能的新方法:一是制备低Curie温度低介电常数的La掺杂PZT的压电陶瓷(PLZT),然后制备出0-3型PLZT／PVDF压电复合材料,通过降低复合材料陶瓷相的Curie温度和介电常数改善其极化性能；二是基于0-3型复合材料中间层模型从理论上讨论了中间层电导率对复合材料中陶瓷颗粒上电压系数的影响,并通过在复合材料中引入ZnO中间层对理论推导进行验证。
采用传统的固相反应烧结法制备了La掺杂PZT的(Pb1-xLax)(Zr0.5Ti0.5)1-x／4O3(x=0.01,0.03,0.07,0.09,0.11,0.13)压电陶瓷,随着La掺杂量的增加,PLZT陶瓷中四方相逐渐向三方相转变,准同型相界向三方相移动,当La含量在x=0.13处四方相几乎完全转化为三方相；四方度逐渐减小,晶胞参数先增大后减小而晶粒尺寸呈先减小后增大的趋势；PLZT陶瓷的Curie温度从356℃几乎呈线性下降直至室温; PLZT陶瓷的相对介电常数εr和tanδ逐渐增大,而d33和Kp呈先增大后减小的趋势,在x=0.07处分别取得极大值224 pC／N和0.5。
采用流延法制备了0-3型PLZT／PVDF压电复合材料,通过压电应变常数d33分析表明,La掺杂量对0-3型PLZT／PVDF复合材料的介电、压电性能有明显影响。随着La掺杂量从0.01.增加到0.11,复合材料εr和d33均呈增大的趋势,尤其是d33从20 pC／N增大到34 pC／N。
基于0-3型复合材料的中间层模型,从理论上推导出了中间层电导率与陶瓷相的电压系数的数学表达式。从理论上分别分析了中间层电导率σⅰ和体积分数ψⅰ对复合材料中陶瓷相上的压电系数Lσ的影响,结果表明,只有引入电导率适当且少量的中间电导层才能有助于提高Lσ,而减小聚合物的电导率或增大陶瓷相的电导率同样有利于提高含中间层复合材料中陶瓷相上的压电系数Lσ。
采用热分解法制备了PZT／ZnO复合粉体,并采用流延法制备了ZnO体积分数分别为0％,1％,2％,3％,4％,6％的0-3型PZT／ZnO／PVDF压电复合材料。随ZnO含量的增加,复合材料相对介电常数实验值的变化趋势与理论计算值相一致,而其压电系数d33和g33则呈先上升后下降的趋势,在ZnO含量为3 vol％处出现最大值。