PVDF基铁电聚合物纳米结构物理特性研究

来源 :中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) | 被引量 : 1次 | 上传用户:ren198525
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近年来,铁电材料基于优异的铁电性、压电性、热释电性得到了广泛的关注。随着器件小型化发展,人们制备出小尺寸的具备铁电性的纳米薄膜、纳米线和纳米管,希望通过这一突破来研究具有实用价值的器件。聚偏氟二乙烯PVDF基铁电聚合物是一种便于生长、性能稳定的有机铁电材料,因此PVDF基铁电聚合物是被研究得最广泛的聚合物材料之一。本文利用Langmuir-Blodgett(LB)沉积技术制备PVDF,P(VDF-Tr FE),P(VDF-Tr FE-CFE)薄膜,同时也利用模板法制备了P(VDF-Tr FE)纳米管和P(VDF-Tr FE-CFE)纳米线,并对这些纳米结构的晶体结构、分子构型、电学特性等进行了研究,得到了以下主要结果:1.利用LB法制备了PVDF薄膜,通过X射线衍射发现典型的(110,200)衍射峰,表明薄膜中β相的存在。通过对其铁电性能研究,发现其剩余极化和击穿电压均强于P(VDF-Tr FE)薄膜。通过对不同厚度的PVDF薄膜矫顽场的测试,发现厚度在200nm-40nm范围内,薄膜翻转特性属于非本征翻转。而40nm-10nm的厚度范围内,翻转特性既不属于本征翻转也不属于非本征翻转,而是属于从非本征翻转向本征翻转的过渡阶段。2.以LB法制备的P(VDF-Tr FE)为基础制备不对称电极结构电容器Au/P(VDF-Tr FE)/Al。通过测试C-V曲线发现该电容器结构室温时两个极化方向上的电容在零偏压下出现不对称现象。这种电容的不对称性随着温度的降低不断变小,通过引入极化界面层模型很好的解释了这一现象。3.利用LB法制备了P(VDF-Tr FE-CFE)弛豫铁电薄膜,通过测试其在不同温度下的介电常数、光学特性、和晶体结构,发现了P(VDF-Tr FE-CFE)一个特征温度点T*。通过红外光谱的定量测试,确认这一温度点的出现与T3G分子构型占空间比例变化有关。由于T3G构成了P(VDF-Tr FE-CFE)的极化纳米区域,因此可以确定370K是动态极化纳米微区转变为静态极化纳米微区的温度点。4.利用溶液浸润阳极氧化铝(AAO)模板法和熔融浸润AAO模板法制备了P(VDF-Tr FE)纳米管。通过SEM和XRD测试,发现相对于溶液法制备的纳米管,熔融法制备出的P(VDF-Tr FE)表面较为粗糙,但是结构致密,不会出现坍塌。利用红外光谱测试,发现即使通过高温熔化,熔融法制备的P(VDF-Tr FE)依然存在β相。5.利用熔融浸润AAO模板法制备了不同尺寸的P(VDF-Tr FE-CFE)纳米线。通过XRD测试发现随着尺寸的变小纳米线的结晶性逐渐变差。利用压电力显微镜测试不同尺寸下的P(VDF-Tr FE-CFE)纳米线矫顽场的变化,发现随着尺寸的降低,矫顽场急剧上升。30nm P(VDF-Tr FE-CFE)纳米线的矫顽场(18 MV/m)约为170nm P(VDF-Tr FE-CFE)纳米线的矫顽场(4.4 MV/m)的四倍。通过红外光谱测试,发现随着尺寸的降低,纳米线中β相不断增加,是导致矫顽场变化的起源。
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