基于硅烷体系的P(VDF-TrFE)氢化合成及其共混膜性能研究

来源 :西安理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:abcchencj
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
P(VDF-TrFE)是一种优秀的柔性铁电、压电特性的材料,广泛应用于传感器、换能器、存储器等领域。P(VDF-TrFE)的铁电、压电性能与其结晶性能密切相关,只有β晶型的P(VDF-TrFE)可表现出优良特性。本论文通过基于硅烷还原体系的全氢化法,将CTFE摩尔含量为6、9、20、50mol%的P(VDF-CTFE)作为原料,制备相应TrFE摩尔含量的全氢化P(VDF-TrFE)薄膜。研究TrFE摩尔含量对P(VDF-TrFE)的β晶型的影响,并完成了介电、铁电和储能性能表征,建立了其相结构和电性能关系。论文主要研究工作如下。1)通过XRD、DSC和FTIR表征了 P(VDF-TrFE)膜结晶性能和相结构,发现不同TrFE摩尔含量的P(VDF-TrFE)膜均以β晶型为主。所有P(VDF-TrFE)膜的εr随频率的增大而减小,tanδ随频率的增大而增大。在100Hz电场频率下,TrFE摩尔含量为20mol%的P(VDF-TrFE)膜的εr最大,TrFE摩尔含量为50mol%P(VDF-TrFE)膜的εr最小。温谱结果表明,所有P(VDF-TrFE)膜介电常数和介电损耗的最大值所对应的温度随频率增加向高温方向移动。P-E loop结果表明,在200MV/m电场下P(VDF-TrFE)80/20mol%膜Ps达到了8.15μC/cm2,Pr达到了 4.34μC/cm2,对应于标准铁电体的电滞回线,P(VDF-TrFE)50/50 mol%膜的Ps达到了 3.97μC/cm2,Pr达到了 0.97μC/cm2,对应于标准弛豫铁电体的电滞回线。2)将全氢化 P(VDF-TrFE)80/20mol%和P(VDF-TrF E)50/50mol%分别与 PVDF 按质量比混合,制备了PVDF/P(VDF-TrFE)80/20mol%和 PVD F/P(VDF-TrFE)50/50mol%共混体系膜。XRD结果表明,PVDF的添入在引入α相的同时并没有改变P(VDF-TrFE)的β晶型。随着PVDF含量增加P(VDF-TrFE)β晶型的衍射峰减小,PVDF的β相特征峰增强,两种聚合物的β晶型共存;DSC和FTIR也证实这一点。PVDF/P(VDF-TrFE)80/20mol%共混体系的εr随着PVDF含量的增加而减小,在100Hz下由17减小至7,tanδ一点点增大。PVDF/P(VDF-TrFE)50/50mol%共混体系的εr随着PVDF含量的增加而增加,在100Hz下由8增大至17,tanδ明显增大。这是因为PVDF的引入降低了 P(VDF-TrFE)80/20mol%的介电常数,相反提高了 P(VDF-TrFE)50/50mol%的介电常数。P-E loop测试表明,PVDF/P(VDF-TrFE)80/20mol%共混体系的电滞回线随着PVDF含量增加由矩形状变“瘦”,在200MV/m电场下Ps由10μC/cm2减小至4μC/cm2,Pr由5.5μC/cm2 减小至 1μC/cm2。PVDF/P(VDF-TrFE)50/50mol%共混体系电滞回线随着 PVDF含量增加由常规弛豫铁电体形状变“胖”,在200MV/m电场下Ps由3.2μC/cm2增加至8 μC/cm2再减小至4μC/cm2,Pr 由 0.4μC/cm2增加至 4.5μC/cm2再减小至 1.5μC/cm2。PVDF 含量 90wt%的 PVDF/P(VDF-TrFE)80/20mol%共混膜能量密度达到 2.4J/cm3,能量损耗达到 2.5J/cm3,能量效率为 48%。PVDF 含量 10wt%的 PVDF/P(VDF-TrFE)50/50 mol%共混膜能量密度达到2.4J/cm3,能量损耗达到1.4J/cm3,能量效率为60%。PVDF/P(VDF-TrFE)50/50mol%共混体系能量密度较低,能量损耗较低,能量效率较高,更适合应用在储能方面。3)为了研究拉伸对共混体系电学性能的影响对其进行2倍长拉伸。拉伸后PVDF/P(VDF-TrFE)80/20mol%共混体系的εr明显增大并随着PVDF含量的增加而减小,在100Hz下由34减小至27,tanδ变化不大。拉伸后PVDF/P(VDF-TrFE)50/50mol%共混体系的εr也明显增大,tanδ变化不大。P-E loop测试表明,拉伸后PVDF含量50wt%的PVDF/P(VDF-TrFE)80/20mol%共混膜的Ps最小,Pr最小,在150MV/m电场下Ps达到5μC/cm2,Pr达到1μC/cm2。拉伸后PVDF/P(VDF-TrFE)50/50mol%共混膜的电滞回线随着PVDF含量增加Ps增大,Pr增大。PVDF含量Owt%的共混膜在400MV/m电场下Ps达到5.4μC/cm2,Pr 达到 0.45μC/cm2。拉伸后共混膜的储能效率明显增强,随着PVDF含量增加,储能效率下降,PVDF含量 Owt%的 PVDF/P(VDF-TrFE)80/20mol%共混膜在 200MV/m 下能量密度达到 5J/cm3,能量效率为62%。拉伸后PVDF含量Owt%的PVDF/P(VDF-TrFE)50/50mol%共混膜在200 MV/m下能量密度达到2.4J/cm3,能量损耗达到0.4J/cm3,能量效率为85%。PVDF/P(VDF-TrFE)50/50mol%共混体系的储能效率更好达到80%以上。本文对硅烷体系氢化的P(VDF-TrFE)进行结晶和电性能分析完善了不同氢化法制备P(VDF-TrFE)的性能研究;对两种PVDF/P(VDF-TrFE)共混体系的电性能和储能性能研究可为共混体系提供了一种新的研究方向;拉伸后共混体系膜的电性能和储能性能均显著提升,为今后氟聚合物的共混体系提供了新思路和新方法。
其他文献
随着碳中和与碳达峰远景目标的提出,利用新型清洁能源(风能、太阳能、潮汐能等)进行发电得到更多关注。但这些技术受限于自然条件的间歇性,无法长久提供稳定电能。因此急需开发一种高效稳定的能源转换与储存系统。凭借着高功率密度、长循环寿命、快充放电速度快等优点令超级电容器应用于多个领域,而生物质材料固有的微纳结构与杂原子原位掺杂使得其成为一种极具前景的超级电容器电极材料的前驱体。为此,本研究以食品废弃物为前
学位
随着近年来数字印刷技术的发展,数字印刷废纸的产生量正在迅速增加。数字印刷用纸属于高品质印刷纸张,主要由化学或机械处理后的木浆制成,在纸张使用完成后,依然可以保持相对完整的纤维形态和结构,具有优良的纤维质量。然而,数字印刷过程中,采用的印刷方式及油墨/墨粉与传统印刷方式存在差异,数字印刷废纸脱墨难度相对较大,导致具有优良纤维品质的数字印刷废纸在传统废纸利用行业(再生纸)并不受重视,成为低值废纸。如何
学位
多孔金属夹芯板(PMSP)结合多孔金属芯材和面板材料的优良特性,具有高比强度、高比刚度、缓冲吸能等特性,在航空航天、军事装备、运输包装等领域具有广泛的应用前景。目前,制备PMSP的方法主要有冶金法和粘接法两种,粘接法因其工艺简单和成本低等优点,成为最受关注的制备方法。但粘接界面强度不足,PMSP在应用时易发生界面分层失效,可能引起严重事故。本文针对PMSP易发生界面分层失效的问题,选用泡沫铝夹芯板
学位
过去数十年来,由于发展迅猛的多媒体设备与服务的快速推广,数字图像的数量激增,如何评价获取、存储、传输和处理等场景中导致失真退化的图像是当下的研究热点。图像质量评价是信号处理系统算法分析和性能评价的重要组成部分。本文研究了人眼注意力机制在图像质量评价模型中的可行性并建模表征失真图像的人眼视觉感知。首先,提出了基于视觉显著性深层特征的通用型无参考图像质量评价算法(VSDQA)。本文使用生成对抗网络生成
学位
包装在保证食品安全和延长食品保质期方面起看至关重要的作用。食品在储存和运输过程中,存在导致安全性发生变化的可能,目前消费者仅通过印刷于包装上的保质期对食品的新鲜度进行判断,然而对于生鲜类产品,这种传统方法不能准确评判食品质量变化,从而可能导致食物浪费或危害人体健康。因此,急需开发一种低成本易于使用的智能指示标签用于生鲜类食品的实时监测。本研究基于生物质材料,提出了一种防迁移比色型新鲜度指示标签的制
学位
瓦楞纸板和聚乙烯泡沫是两类优良的缓冲吸能材料,通过聚乙烯泡沫对纸瓦楞夹层管不同的填充方式,所得到的填充管状结构具有更好的吸能特性和抗冲击性能,本文通过试验和有限元模拟对比分析了纸瓦楞空管、单填充单管、单填充双管和双填充双管的变形模式和缓冲吸能特性。本文的主要研究内容包括:首先,试验研究了不同填充方式的纸瓦楞夹层管的缓冲吸能特性。对夹层管进行了轴向跌落冲击试验,得到其加速度-时间响应曲线和应力-应变
学位
可持续能源的减少以及生态环境污染已经成为现代社会无法避免的严重现实问题。染料和抗生素废水带来的污染问题给人类健康和生态环境造成不利影响。光催化反应可将太阳能转化为化学能,因此,光催化技术用于降解有机废水已成为一项有前途的研究。在半导体光催化材料中,TiO2因其性质稳定、低成本、无毒性、无污染等优点而被视为是最具发展潜力的光催化材料之一。但是,传统的TiO2具有较宽的带隙和较窄的光响应范围,不能利用
学位
纸塑包装废弃物难以回收再利用,废弃物堆积导致的淋滤下渗以及农业氮肥的过度使用,使水体硝酸盐(NO3-)含量迅速增加,对生态环境和人类健康造成不利影响。因此,本论文采用热解法和KOH活化将其升级转化为多孔碳材料(PC),用于纳米零价铁(nZVI)电催化还原NO3-的电催化剂载体。主要内容包括:优化碳化温度和KOH浓度,研究不同碳化温度的PC载体对电催化还原NO3-的影响;其次,结合纸塑包装废弃物表面
学位
液滴撞击承印物表面并铺展的行为在工业制造中十分常见,如喷墨印刷、3D打印、喷雾与喷涂等。在喷墨印刷中,液滴在压力作用下从喷嘴喷出,飞行至承印物表面后经撞击铺展最终形成印品。液滴的直径、飞行速度、流体黏度、接触角等是影响液滴在承印物表面铺展特性的重要因素,进而对印品质量有着重要的影响。因此,研究液滴撞击承印物表面的铺展特性,十分必要。本文的主要研究内容包括:(1)以液滴铺展系数为研究目标,建立了喷墨
学位
制造业的发展对印刷工厂的智能化和无人化提出了更高的要求。在凹版印刷机的印刷生产过程中,版辊的更换是一个耗时耗力的简单重复劳动过程,而且这个过程目前高度依赖人工作业。在传统上版小车的基础上,本文提出了伸缩臂和摆动机构组合的新型上版小车结构,对新型上版小车的伸缩臂进行了力学特性分析和结构优化,论文的主要工作如下:(1)分析了印刷企业凹版印刷机版辊更换的现状,设计了新型上版小车版辊转运流程,创新性的引入
学位