PVDF基磁電復(fù)合材料及其改性機(jī)理研究.pdf

1、磁電復(fù)合材料因具有磁電轉(zhuǎn)換功能而廣泛應(yīng)用在濾波器、磁場(chǎng)傳感器、換能器、信息存儲(chǔ)器等方面，目前已成為鐵電、鐵磁功能材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文以聚偏氟乙烯PVDF基磁電復(fù)合材料為研究對(duì)象，采用微結(jié)構(gòu)磁場(chǎng)調(diào)控和結(jié)構(gòu)改進(jìn)兩種方法來(lái)提升材料的磁電轉(zhuǎn)換性能。本文工作對(duì)磁場(chǎng)調(diào)控磁電復(fù)合材料磁電性能的研究及高性能柔性磁電復(fù)合材料的制備具有較好的指導(dǎo)意義。
　　本文首先研究了聚偏氟乙烯PVDF、鋯鈦酸鉛PZT和稀土鐵合金Terfenol-D（TD）三

2、相顆粒磁電復(fù)合材料中各相含量與復(fù)合材料電學(xué)性能的關(guān)系?？紤]材料的柔韌性及電學(xué)性能，當(dāng)PVDF與PZT體積比為3：7時(shí)，PVDF/PZT復(fù)合材料的綜合性能最佳。在此基礎(chǔ)上，添加不同含量的磁致伸縮相材料TD并進(jìn)行磁電轉(zhuǎn)換性能測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，三相磁電復(fù)合材料的磁電轉(zhuǎn)換性能隨著TD含量的增加先增大后減小，這是由過(guò)低TD導(dǎo)致的磁致伸縮性能差和過(guò)高TD導(dǎo)致的滲流而降低壓電性能引起的，當(dāng)TD含量在7vol％時(shí)PVDF/PZT/TD復(fù)合材料的磁電轉(zhuǎn)

3、換系數(shù)達(dá)到58mV·cm-1·Oe-1。
　　在磁電復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)磁場(chǎng)調(diào)控方面，本文采用溶液混合和熱壓成型工藝相結(jié)合，通過(guò)在熱壓成型過(guò)程中施加不同大小的誘導(dǎo)磁場(chǎng)，制備了PVDF/PZT/TD顆粒磁電復(fù)合材料。通過(guò)對(duì)磁電復(fù)合材料的壓電性能、介電性能以及磁電轉(zhuǎn)換性能進(jìn)行分析，探究了誘導(dǎo)磁場(chǎng)對(duì)PVDF/PZT/TD顆粒磁電復(fù)合材料電學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磁電材料的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)隨著誘導(dǎo)磁場(chǎng)的增加先變大后減小，這是因?yàn)檩^小誘導(dǎo)磁場(chǎng)能有

4、效提升材料磁致伸縮性能，而較大磁場(chǎng)在提升磁致伸縮性能的同時(shí)會(huì)較大程度上降低不同功能相間的耦合度從而降低磁電轉(zhuǎn)換性能。磁電復(fù)合材料的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)在誘導(dǎo)磁場(chǎng)200Oe附近時(shí)達(dá)到最大值82.5mV·cm-1·Oe-1，比無(wú)誘導(dǎo)磁場(chǎng)作用下的PVDF/PZT/TD顆粒磁電復(fù)合材料提高了40%以上。
　　在結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面，為了克服顆粒磁電材料中TD含量低的問(wèn)題，本文制備了三層結(jié)構(gòu)的層狀磁電復(fù)合材料。根據(jù)相關(guān)理論分析，把壓電層PVDF+PZT作為

5、中間層，磁致伸縮層PVDF+TD作為兩邊層；為了得到性能最佳的層狀磁電復(fù)合材料，研究了不同的層厚比對(duì)材料各項(xiàng)性能的影響，結(jié)果顯示，當(dāng) PVDF+TD、PVDF+PZT、PVDF+TD三層的層厚比為1:1.5:1時(shí)，該三層結(jié)構(gòu)材料的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)達(dá)到最大值2576.2 mV· cm-1·Oe-1，比PVDF/PZT/TD顆粒磁電復(fù)合材料增加了44倍左右。
　　0-3型PVDF基磁電復(fù)合材料在柔韌性、抗老化、抗腐蝕、高頻性能和抗渦流能力