聚偏氟乙烯齐聚物纳米铁电薄膜的制备和表征

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以聚偏(氟乙烯-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))为代表的铁电高分子材料由于具有剩余极化较大、介电常数较大、容易成超薄薄膜、柔韧性较好,可以用来制作各种软质的电子器件,如转换器、储存器和电容器,此外这种材料还具有良好的压电性能和焦电性能等等,所以引起人们的广泛注意和研究兴趣。   本文主要研究VDF齐聚物铁电薄膜制备工艺的改进和性能。由于VDF齐聚物在所有铁电高分子材料中的剩余极化最大:Pr=130 mC/m2。通常制备VDF齐聚物方法是通过真空蒸镀的方法进行,为了得到铁电相,基材必须降温至很低的温度,真空室中的水汽将在基材上凝结,蒸镀结束后温度上升至室温过程中,冰层融化,使VDF齐聚物薄膜形成气泡和裂纹,严重影响其性能。   本文改进了VDF齐聚物真空蒸镀的方法,使VDF齐聚物在-90℃基材生成60 nn的薄膜,在120℃退火30分钟后,薄膜铁电相仍能稳定存在,并且经过1×106次极化反转后仍能保持很好的铁电性质。但是VDF齐聚物不能通过旋涂法制备铁电相薄膜,这限制了VDF齐聚物的应用。而P(vDF-TrFE)共聚物容易通过旋涂法形成铁电薄膜,另一方面,由于引入了偶极矩较小的TrFE单元,使得P(VDF-TrFE)共聚物的剩余极化较VDF齐聚物小。为此,将VDF齐聚物和P(VDF-TrFE)共聚物共混,溶解于碳酸二乙酯(DEC)进行旋涂制备出80 nm厚度的铁电薄膜。   通过实验发现,VDF齐聚物和P(VDF-TrFE)共聚物共混后制备的80-100 nm厚的铁电薄膜,具有较高的结晶度,其剩余极化值达到120μC/m2,能在15 V外加电压下发生极化反转(矫顽场为45.0 MV/m),并且在1×106次极化反转后仍能保持很好的铁电性质。
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