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早在19世纪末,驻极体作为一种基本的物理现象就已被人们发现。经过多年的探索和研究,现在已经开发了各种各样的驻极体材料。由于驻极体能产生静电场,因此可以广泛应用在电容式静电微型发电机、过滤材料及传感器中。但在实际使用的过程中,由于驻极体所带的电荷会衰减,导致其可靠性不高,降低了其使用寿命并限制了使用范围,这主要是由于目前对驻极体的形成机制和电荷存储机制还不是十分清楚。因此开展驻极体电荷存储机制的研究,制备具有高表面电位以及优良的电荷存储性能的驻极体材料,已成为目前的主要研究方向之一。 本论文在深入调研前人研究成果的基础上,开展了聚丙烯(Polypropylene,简称PP)微结构与驻极体性能相关性研究。首先研究了PP的表面结构与其驻极体性能的关系,然后再深入PP内部,研究晶相结构和结晶度与驻极体性能的关系,最后简要分析了PP的电荷存储机理。本论文的主要研究工作与结果如下: (1)用热压成膜法制备了表面粗糙和光滑两种不同表面结构的PP薄膜,并用原子力显微镜(AFM)表征了不同的表面结构。用电晕注极方法对不同表面结构的PP进行注极,并测量了表面电位。结果表明PP薄膜的表面越粗糙,注极后其表面电位越高,但表面电位的衰减规律基本相似。 (2)用热刺激放电(TSD)方法,分析了不同表面结构的PP驻极体中电荷的衰变机制,结果表明两种样品都有两个放电峰,因此两种样品都存在两种“电荷陷阱”,一种是浅阱,另一种是深阱。浅阱由表面结构形成,在较低温度时电荷就容易从中逃逸形成低温峰;深阱由内部结构形成,在高温时才会释放电荷形成高温峰。粗糙样品的低温和高温放电峰分别出现在54.5℃和131.2℃,光滑样品的低温和高温放电峰分别出现在54.4℃和130.8℃,两者的峰温几乎相同,这说明表面结构没有改变电荷的存储稳定性。 (3)为了消除注极时过剩电荷的影响,改用辅助界面极化方法对α和β晶型PP薄膜进行注极,研究晶相结构与PP驻极体性能的关系,结果表明α晶型PP驻极体中电荷的稳定性更高。α和β晶型PP驻极体都只有一个TSD放电峰,α晶型PP驻极体的峰温为129.4℃,β晶型PP驻极体的峰温为104℃,因此α晶型PP驻极体中深阱对电荷的束缚能更大,这是其电荷稳定性更高的内在因素。 (4)用辅助界面极化方法制备了共聚PP驻极体和均聚PP驻极体,并综合分析了两者的驻极体性能,结果表明共聚 PP的驻极体性能更好。共聚PP和均聚PP驻极体都只有一个TSD放电峰,共聚PP驻极体的峰温为104℃,均聚PP驻极体的峰温为91.5℃,这表明共聚PP中深阱对电荷的束缚能更大,这是其驻极体性能更好的内在因素。 (5)用控制冷却速率的方法制备了三种结晶度不同的PP薄膜,经辅助界面极化后,研究了结晶度与PP驻极体性能的关系。实验结果表明结晶度和PP驻极体的表面电位密切相关,结晶度越高,其内部深阱越多,因此表面电位就越高。不同结晶度的PP驻极体的TSD放电峰峰温并没有随着结晶度的改变而明显改变,这表明结晶度的差异并没有改变PP驻极体中深阱对电荷的束缚能,因此电荷的稳定性也没有变化。 (6)通过测量介电常数的实验发现,α晶型PP的介电常数大于β晶型PP,共聚PP的介电常数大于均聚PP,不同结晶度的PP的介电常数相等,这表明在PP材料中,其极化机制和晶相结构及聚合方式有关,而和结晶度无关。