单轴拉伸对PVDF基介电体结晶与性能影响的研究

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柔性聚偏二氟乙烯(PVDF)基介电聚合物因其独特的压电、热电和铁电性能备受关注。在α、β、γ和δ四种晶相的PVDF中,β相极性最高,极化后具有良好的压电性。本课题通过溶液流延法制备了PVDF、P(VDF-CTFE)和P(VDF-TrFE)膜,利用单轴拉伸研究了其力学性能;利用FTIR、XRD、DSC、铁电和介电测试设备研究了拉伸前后PVDF、P(VDF-CTFE)膜和P(VDF-TrFE)膜的结晶、介电、储能和压电性能。取得研究成果如下:1)利用低温淬火工艺处理了不同分子量PVDF薄膜,发现其晶区为α、β和γ混合晶相,拉伸后介电膜由α相向β相和γ相的转变,并最终诱导为β相;β相比例随分子量增大略有增加。拉伸后的PVDF膜Tm降低。P(VDF-CTFE)中,样品铁电性能随拉伸速率增加和CTFE单体含量增强;随着TrFE含量的增加,P(VDF-TrFE)铁电膜Tm和Tc减小,铁电性能减弱;2)拉伸前后电滞回线测试表明,未拉伸PVDF和P(VDF-CT FE)膜具有双电滞回线,具有反铁电体的特征,拉伸后样品膜的电滞回线呈现线性向弛豫铁电体特征转变;P(VDF-TrFE)50/50mol%为弛豫铁电体,P(VDF-TrFE)55/45、65/35、70/30、75/25、80/20mol%均表现出铁电体特征;P(VDF-TrFE)75/25的Dm为13.56μC/m2和Dr为9.059μC/m2。拉伸后PVDF基样品膜的εr高于未拉伸样品,且随着拉伸速率的增大而增大;在低频频率范围内,εr随频率升高缓慢降低,高频区(>100 kHz),εr随频率的升高而迅速减小。3)单向电滞回线及储能密度计算发现拉伸前后PVDF的Dm均随分子量的增大略有增加,拉伸后的PVDF基聚合物膜具有更高的储能密度;P(VDF-TrFE)能量损耗百分比在矫顽场最大,随着电场增大,损耗有减小趋势;4)压电性能测试表明,拉伸后PVDF膜d33随着温度的升高线性降低,而P(VDF-TrFE)75/25压电膜的d33在25-110℃范围内稳定在-20pC/N,在115℃从-21.26pC/N剧减至-5.45pC/N。
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