压电相聚偏氟乙烯(PVDF)的制备与性能研究

来源 :江苏科技大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:xiaohonghe
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聚偏氟乙烯(PVDF)作为一种半结晶多晶型功能高分子材料,至少含有四种不同的晶体结构,即α,β,γ,δ晶相。其中,因为β晶和γ晶都含有TTT全反式构象而表现出优异的铁电和压电性能,而且PVDF具有柔软轻质、频响宽、力电转换灵敏度高、耐冲击等优点,所以PVDF薄膜被广泛应用于电子器件。但是,制备β和γ晶这两种晶相的条件较为苛刻,需要机械拉伸、高温高压、高电场等复杂的实验条件;同时,获得的PVDF薄膜表面粗糙,漏电流较高。所以,设计更简单有效制备高含量β晶和γ晶的实验方法尤为重要。本论文主要采用刀片剪切法和纤维剪切法,制备高含量β晶和γ晶PVDF薄膜。利用广角X-射线衍射仪(WAXD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱仪(Raman)定量的研究了不同温度下PVDF剪切膜的β晶和γ晶含量的变化;利用偏光显微镜(POM)和原子力显微镜(AFM)研究了PVDF剪切膜的表面粗糙度和分子链的取向性;利用原位热台和差示扫描量热法(DSC)定性的研究了退火温度温度对PVDF剪切膜的影响;利用压电力显微镜(PFM)和铁电测试系统研究了PVDF剪切膜的电学性能,为其在未来的电子器件中的应用提供有价值的信息。结果表明,当刀片剪切力施加于PVDF熔体膜时会诱导高含量β晶形成,且随着剪切温度的升高,β相的含量逐渐增加,α相含量逐渐较少。此外,PVDF剪切膜表现出较优的取向性,分子链沿着剪切力的方向排列,片晶垂直于剪切力方向;同时,PVDF剪切膜表面非常光滑,β相的含量分布均匀。将PVDF剪切膜置于较高温度下进行原位退火处理,发现剪切膜的β相的含量不发生变化,表明剪切膜晶体结构稳定,退火有益于晶体结构完善而不发生晶体构象的改变。通过拉伸聚酰胺纤维对PVDF熔体施加剪切力,在纤维两侧会形成均匀取向的柱晶结构。在较低温度下,得到的都为α柱晶,将其置于高温下退火,可发生α→γ′的相转变;在较高温度下,随着结晶时间的延长,α柱晶的生长和α→γ′的相转变同时进行。相较于α球晶的相转变,α柱晶的相转变更均匀可控。通过控制温度,在先得到的内层柱晶外侧再制备一层柱晶的体系中,结晶温度和内层柱晶的晶体结构对外层柱晶有不同程度的影响。先低温后高温结晶,内层柱晶的晶体结构对外层柱晶的影响更大;先高温后低温结晶,结晶温度对外层柱晶的影响更大。
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