壓電相聚偏氟乙烯(PVDF)的制備與性能研究.pdf

1、聚偏氟乙烯(PVDF)作為一種半結(jié)晶多晶型功能高分子材料，至少含有四種不同的晶體結(jié)構(gòu)，即α，β，γ，δ晶相。其中，因?yàn)棣戮Ш挺镁Ф己蠺TT全反式構(gòu)象而表現(xiàn)出優(yōu)異的鐵電和壓電性能，而且PVDF具有柔軟輕質(zhì)、頻響寬、力電轉(zhuǎn)換靈敏度高、耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)，所以PVDF薄膜被廣泛應(yīng)用于電子器件。但是，制備β和γ晶這兩種晶相的條件較為苛刻，需要機(jī)械拉伸、高溫高壓、高電場(chǎng)等復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)條件；同時(shí)，獲得的PVDF薄膜表面粗糙，漏電流較高。所以，設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單有

2、效制備高含量β晶和γ晶的實(shí)驗(yàn)方法尤為重要。
　　本論文主要采用刀片剪切法和纖維剪切法，制備高含量β晶和γ晶PVDF薄膜。利用廣角 X-射線衍射儀(WAXD)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和拉曼光譜儀(Raman)定量的研究了不同溫度下 PVDF剪切膜的β晶和γ晶含量的變化；利用偏光顯微鏡(POM)和原子力顯微鏡(AFM)研究了PVDF剪切膜的表面粗糙度和分子鏈的取向性；利用原位熱臺(tái)和差示掃描量熱法(DSC)定性的研究了退火溫度溫

3、度對(duì)PVDF剪切膜的影響；利用壓電力顯微鏡(PFM)和鐵電測(cè)試系統(tǒng)研究了PVDF剪切膜的電學(xué)性能，為其在未來的電子器件中的應(yīng)用提供有價(jià)值的信息。
　　結(jié)果表明，當(dāng)?shù)镀羟辛κ┘佑赑VDF熔體膜時(shí)會(huì)誘導(dǎo)高含量β晶形成，且隨著剪切溫度的升高，β相的含量逐漸增加，α相含量逐漸較少。此外，PVDF剪切膜表現(xiàn)出較優(yōu)的取向性，分子鏈沿著剪切力的方向排列，片晶垂直于剪切力方向；同時(shí)， PVDF剪切膜表面非常光滑，β相的含量分布均勻。將PVDF剪

4、切膜置于較高溫度下進(jìn)行原位退火處理，發(fā)現(xiàn)剪切膜的β相的含量不發(fā)生變化，表明剪切膜晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，退火有益于晶體結(jié)構(gòu)完善而不發(fā)生晶體構(gòu)象的改變。
　　通過拉伸聚酰胺纖維對(duì)PVDF熔體施加剪切力，在纖維兩側(cè)會(huì)形成均勻取向的柱晶結(jié)構(gòu)。在較低溫度下，得到的都為α柱晶，將其置于高溫下退火，可發(fā)生α→γ′的相轉(zhuǎn)變；在較高溫度下，隨著結(jié)晶時(shí)間的延長(zhǎng)，α柱晶的生長(zhǎng)和α→γ′的相轉(zhuǎn)變同時(shí)進(jìn)行。相較于α球晶的相轉(zhuǎn)變，α柱晶的相轉(zhuǎn)變更均勻可控。通過控制溫