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压电复合材料是由压电陶瓷相与聚合物基体相通过一定方式复合,得到的一种具有两相材料优点的压电功能材料。在压电复合材料体系中,以压电陶瓷颗粒作为功能相制得的0-3型压电复合材料,具有成型工艺简单、成品形状多样的特点,而广泛应用于水声换能器、阻尼材料等领域。 尼龙1111是一种新近研究发现具有压电和铁电性的长碳链尼龙品种,其具有优异物理机械性能和耐热性。钛酸钡作为一种最早被发现,且工业化生产的无铅压电陶瓷,被广泛应用于工业生产中。本文通过溶液共混复合的方法制备出尼龙1111/钛酸钡压电复合材料,并对其介电、压电和铁电性能进行了详细研究,取得了比较丰富的实验数据和研究成果,如下所示: (1)利用DSC、XRD及SEM等手段对原料和复合材料进行表征,钛酸钡XRD图谱在2θ=45°处呈现出衍射双峰,说明钛酸钡处于四方相,具有压电铁电性,符合实验需求;复合材料微观形貌分析,看到用KH550对钛酸钡颗粒表面改性,利于其在基体相中的分散且两相界面模糊,复合材料内部更加致密。对复合材料熔融结晶行为研究发现,钛酸钡加入复合材料的熔点均为182℃变化不大,但是结晶温度由158℃升高到162℃,同时大量钛酸钡加入降低了尼龙1111结晶完善程度。 (2)对复合材料介电性能研究发现,随着钛酸钡体积含量增加,复合材料介电常数不断增加,其增加趋势大致符合 Bruggeman理论模型。介电损耗随着频率增大呈现出先降低的趋势,在100Hz-10kHz频率范围内,下降幅度较大。随后随着频率变化,趋于稳定。但是当频率达到1MHz附近又出现了一个小的峰值。 (3)对极化条件进行探索,确定了极化温度50℃,极化场强10kV/mm,极化时间25min的极化工艺。在此极化条件下,复合材料极化程度较高,表现出压电性能较好。 (4)研究了复合材料压电性能,结果表明随着钛酸钡体积含量增加,复合材料压电常数d33也不断增加,当钛酸钡体积含量达到40%时,复合材料压电常数 d33达到5.2pC/N。与经过拉伸处理纯尼龙1111样品最高压电常数(d33=3.9pC/N)相比提高33.3%。同时当钛酸钡体积分数达到30%和40%时,复合材料压电电压常数达到52mV·m/N。 (5)对复合材料铁电性能进行研究,发现随着脉冲周期,最大外加电场强度增加,材料的剩余极化强度和饱和极化强度都会升高。同时伴随着钛酸钡含量增加,复合材料的矫顽电场、剩余极化强度和饱和极化强度均呈现出增加趋势。在脉冲周期为20ms,最大外加电场强度为200kV/cm的测试条件下,钛酸钡体积分数40%的复合材料其Pr为0.378μC/cm2,Ec约为112kV/cm。 通过本文的研究,为尼龙1111作为一种压电复合材料基体使用提供了可能,同时为拓宽尼龙1111的应用领域做出贡献。