CoFe2O4掺杂PVDF厚膜的制备及性能研究

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聚偏氟乙烯(PVDF)作为一种重要的铁电聚合物,具有良好的压电、热释电、铁电等性能,因而被广泛应用于压力传感器、光电传感器、铁电存储器等。对于PVDF而言,高β相含量有利于其压电、热释电及铁电等性能的提高,因此,如何简单有效地制备高β相含量PVDF膜成为科学工作者研究的热点。本文采用流延工艺制备了PVDF厚膜,并引入适量的CoFe2O4纳米粉体,研究了CoFe2O4掺杂量、表面活性剂类型以及成型工艺对PVDF厚膜β相含量、介电、铁电以及磁性能的影响。其主要研究内容如下:首先,采用流延工艺在80°C条件下制备了PVDF厚膜,研究了CoFe2O4纳米粉体掺杂对其性能的影响。实验结果表明,CoFe2O4在厚膜中分散较为均匀,适量掺杂CoFe2O4可以提高PVDF厚膜中β相含量。当CoFe2O4掺杂量为0.2wt%时,PVDF厚膜中β相含量为73.5%,极化强度最大值为4.26μC/cm2,室温下介电常数和损耗分别为9.8和7.4%。同时,厚膜的饱和比磁化强度随CoFe2O4掺杂量的增加呈近似线性增大趋势。为了进一步提高CoFe2O4在PVDF厚膜中的分散性,我们分别采用不同种类的表面活性剂(CTAB、PVP、SDS)对纳米CoFe2O4表面进行改性,研究了不同表面活性剂改性的CoFe2O4对PVDF厚膜的性能影响。实验结果表明,不同表面活性剂修饰的CoFe2O4对PVDF厚膜中β相含量影响较为明显,经过CTAB、PVP、SDS修饰的PVDF厚膜β相含量分别为5.7%、10.7%和56.5%。修饰后纳米CoFe2O4粉体间的相互作用力减弱,因此,经修饰后的CoFe2O4掺杂减小了PVDF厚膜的矫顽场和饱和比磁化强度。另外,SDS修饰的CoFe2O4掺杂提高了PVDF厚膜的极化强度,达到6.5μC/cm2。最后,我们通过改变流延成型工艺,研究了成型过程中外加磁场对CoFe2O4掺杂的PVDF厚膜结构和性能的影响。实验结果表明,20mT磁场作用下,PVDF厚膜的晶粒尺寸有所增大,结晶性得到改善。同时,厚膜的磁性能变化较为显著,磁化强度提高到0.14emu/g,矫顽场增大到840Oe。然而,PVDF厚膜的内部气孔增多,致密性变差,导致厚膜的介电和铁电性能有所下降。
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