PVDF基含氟聚合物压电传感器声发射性能

为研究PVDF基含氟聚合物膜压电性能并用于声发射传感器,系统比较了不同VDF含量的P(VDF-TrFE)共聚物和单向拉伸的PVDF膜在结晶、介电、铁电和压电性能方面的差异。首先采用溶液流延法制备了P(VDF-TrFE)和PVDF膜;然后使用XRD和DSC等相关设备分析膜的晶型,并利用宽频介电频谱仪和铁电测试仪分别比较了不同P(VDF-TrFE)与PVDF膜的介电性能和高电场下的电极化性能;最后构建了一种模拟声发射和接收性能的传感器测试装置,对压电传感器进行了基于断铅声发射信号测试。结果表明,和其它样品相比,P(VDF-TrFE) 80/20 mol%膜在200 MV?m~(-1)下具有最高的剩余极化值(P_r=11.4μC·cm~(-2)),极化后产生较大的压电应变常数(d_(33)=-25 pC·N~(-1)),最大断铅信号接收峰值电压达到14 mV,表现出良好的声发射电信号接收响应。此外,此P(VDF-TrFE) 80/20 mol%膜具有较高的Curie温度点(T_c=135.7℃),说明此样品具有更宽的服役温度范围。综上分析,P(VDF-TrFE)含氟聚合物膜铁电和压电性能优于拉伸PVDF膜,可作为优异的声发射传感器材料,该研究也为其后续在压电传感器方面推广应用提供了参考。     

单向拉伸对P(VDF-HFP)膜结晶相、介电和储能特性的影响

铁电聚合物的结晶区相变对其介电和储能性能有显著的影响。本文利用溶液流延法制得厚度为20μm的P(VDF-HFP)厚膜,并通过单向拉伸工艺改变样品结晶性能。然后采用X射线衍射仪(XRD)和差热分析仪(DSC)研究了拉伸处理对P(VDF-HFP)结晶相结构的影响,利用阻抗分析仪和铁电测试仪分别比较了拉伸前后介电、聚合物能量存储和释放性能的变化。结果表明,不同HFP摩尔含量的P(VDF-HFP)厚膜拉伸后,不仅非晶区分子链趋于有序,聚合物膜缺陷减少,而且晶区发生了从非极性的α相到高极性的β相的转变,使介电响应降低,耐电强度增强。拉伸后的P(VDF-HFP)95.5/4.5mol%厚膜耐击穿电压高达900 MV·m~(-1),该电场下放电能量密度高达27.7J·cm~(-3)。经放电脉冲测试,P(VDF-HFP)95.5/4.5mol%拉伸膜在500MV·m~(-1)电场下循环持续放电次数超过1 000次,放电能量密度接近10J·cm~(-3)。P(VDF-HFP)优异的能量存储和放电特性使其在高储能密度电容器领域有广阔的应用前景。     

孔洞结构聚合物驻极体的储电性和压电性

电极化的孔洞结构聚合物薄膜同时具有铁电材料(极化弛豫以及与极化相耦合的其它物理量的弛豫)和驻极体(存在过剩电荷)的特点,被命名为铁电驻极体(ferroelectret),是一类新型的机电传感器材料.这种材料的压电活性源于沉积在内部孔洞上下两壁极性相反的空间电荷和材料的孔洞结构.它除具有与压电陶瓷相当,甚至更高的压电d33系数(准静态d33高达1400pC/N,比铁电聚合物PVDF及其共聚物P(VDF/TrFE)的d33高出近二个量级)以外,还拥有聚合物的柔顺性、可大面积成膜、低成本、低电容率以及与空气和水相匹配的低声阻抗等突出特性.可以说,这种新型压电材料组合了压电陶瓷和铁电聚合物的各自优势,必将在通讯、保安、控制、医疗及军事等领域有广阔的应用前景.作者综述电极化孔洞结构聚合物薄膜的制备方法,电极化工艺,压电性,理论模型,应用前景,发展现状及其展望.     

铁电聚合物P(VDF-TrFE)纳米结构阵列的构筑及其在有机聚合物太阳能电池中的应用

采用两步阳极氧化法制备了孔径均匀的多孔阳极氧化铝(AAO)模板,利用纳米压印技术构筑了高度规整的聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-Tr FE)纳米结构阵列,并通过压电力显微镜(PFM)直观地观测P(VDFTr FE)纳米结构阵列的极化翻转行为,结果表明具有择优取向的P(VDF-Tr FE)纳米结构阵列具有较低的矫顽场.将这一结构应用到聚合物太阳能电池正极与半导体聚合物层间,并成功通过外部极化电场的变化实现了对太阳能电池效率的调控.通过对太阳能电池性能的测试发现,不同的极化方向对太阳能电池效率具有十分重要的影响,其中当铁电层呈现电负性时,器件的光电转化效率提高了25%.     

链结构对聚偏氟乙烯介电性质的影响

对已商品化的粘弹、压电、介电联用谱仪进行改进,使其测试精度由1%提高到2‰。利用改进了的仪器对聚偏氟乙烯(PVDF)及偏氟乙烯(95)/氟乙烯(5)共聚物进行了介电性质研究,发现由于5%氟乙烯存在,致使共聚物较之PVDF,其链结构规整性降低,α型介电松弛消失,非晶松弛强度减弱,T_(?)升高3℃,局域松弛活化能增大5.8kJ/mol及松弛时间延长。     

含氟聚合物对电解质电导率的影响

采用溶液浇铸的方法制备了以PEO LiClO4(聚氧乙烯高氯酸锂)为基质的共混聚合物膜.运用差热示差扫描热分析和交流阻抗的测试方法,研究了聚合物电解质电导率的影响因素.交流阻抗的测试结果显示,随着PVDF(偏氟乙烯)的加入,含有PEO LiClO4的聚合物电解质的离子电导率会随之下降,然而偏氟乙烯六氟丙烯共聚物P(VDF HFP)加入后,在适量范围内聚合物电解质的电导率会增加.当PEO∶P(VDF HFP)的质量分数为1∶0.5时,电导率(δ)最大,其值为2.3×10-4S/cm.DSC的测试结果表明,P(VDF HFP)的加入后,混合物的熔融温度和熔融峰热焓都会随之下降.研究表明对PEO的共混改性可以显著提高电解质电导率.     

人工复合铁电多层膜热释电性质的理论研究

建立3种具有不同相变温度的铁电材料垂直于极化方向复合而成的铁电薄膜的理论模型,在ginzburg-landau-devonshire (GLD)唯象理论的框架下展开研究,同时引入局域分布函数来描述不同材料间过渡层的性质,主要研究了复合铁电薄膜的热释电性质.通过改变3种不同铁电材料的复合方式,计算了铁电多层膜内部的极化强...     

人工复合铁电多层膜的极化性质研究

建立了三层铁电复合薄膜的理论模型,采用Ginzburg-Landau-Devonshire(GLD)唯象理论,引入表示不同材料过渡层性质的局域分布函数,重点研究了具有不同相变温度的铁电材料复合而成的铁电薄膜的极化性质.通过改变不同铁电材料的复合方式及不同铁电材料之间过渡层的厚度,计算了铁电多层膜内部的极化强度分布.研究表明,不同相变温度的铁电材料间复合方式以及它们之间的过渡层的厚度对铁电薄膜的极化分布都有着重要的影响,并且存在临界过渡层厚度,其它复合铁电薄膜的极化分布曲线都在取两临界过渡层的曲线之间.     

PbTiO3铁电薄膜的应力与尺寸效应

用推广的Landau Devonshire理论研究了应力与尺寸效应对PbTiO3(PTO)薄膜的铁电/介电性质的影响.研究表明:在外推长度δ>0时,张应力使膜的相变温度降低、自发极化减小,压应力使膜的相变温度升高、自发极化增加.在温度一定时PTO薄膜存在一个临界应力σc,当应力大于σc时,任意膜厚都保持顺电相.当应力小于σc时,存在尺寸驱动的相变,即当膜厚大于临界尺寸Lc时,膜进入铁电相;而当膜厚小于临界尺寸Lc时,膜处于顺电相.     

掺杂聚合物电解质膜性能

以型号为Kynar2801的PVDF-HFP(偏氟乙烯-六氟丙稀共聚物)为基质,制备了掺杂微米TiO2粉体的聚合物锂离子电池用多孔电解质隔膜,并采用SEM、XRD、交流阻抗法以及充放电测试等测试手段研究分析该电解质膜的物理及电化学性能. 实验结果表明:掺入质量分数6.5%的微米TiO2聚合物电解质膜的室温离子电导率为1.66×10-3S·cm-1,拉伸强度为2.78MPa;在以掺杂电解质膜为隔膜的锂离子电池中,分别以28,70,140,280mA·g-1的电流密度放电时,正极材料LiCoO2的放电容量分别为140.6,127.48,120.25,99.17mAh·g-1.     

准同型相界钛酸铋钠基无铅铁电薄膜的制备及其性能研究

发展环境友好的传感器、存贮器及换能器用铁电与压电薄膜是当前的研究热点之一．采用脉冲激光沉积（PLD）的方法,通过优化制备工艺,引入La0.6Sr0．4CoO3（LSCO）作为缓冲层,在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备了准同型相界组分掺杂微量Mn元素的Bi0.5Na0.5TiO3-BaTiO3 34薄膜,并对其相结构、微观形貌、铁电、介电等性能进行了研究．结果表明：该薄膜具有纯钙钛矿结构,结构致密,显示出良好的电性能,其中剩余极化可达到1．15×10-1C·m^-2,1kHz下薄膜的相对介电常数约1000．     

(Bi0.94(Na0.94-xLix))0.5Ba0.06TiO3压电陶瓷的电性能与微观结构

采用传统陶瓷工艺制备了(Bi0.94(Na0.94-xLix))0.5Ba0.06TiO3(缩写为BNBT6 - xL)无铅压电陶瓷.研究了Li+取代A位Na+后,(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3(缩写为BNBT6)陶瓷的物性变化.x在0.01 ～0.11之间变化,BNBT6陶瓷三方-四方共存的晶体...     

Co和Nb掺杂PZT铁电薄膜的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法在LaNiO3／Si衬底上制备了PbCoy（Zrx,Ti1-x）O3（PCZT）与PbCoyNbx（ZrxTi1-x）O3PCNZT）铁电薄膜,实验发现钴掺杂PZT比例为12mol％时,PCZT薄膜具有优良的铁电性和介电性,但是漏电流较大．为了能够很好地弥补PCZT薄膜漏电流太大的缺点,在12mol％Co掺杂的PCZT薄膜中掺入不同比例的Nb（在1mol%～10mol％掺杂范围内）,实验结果表明,Nb掺杂比例越大,PCNZT薄膜的漏电流越小,但同时Nb掺杂减小了PCZT薄膜的剩余极化强度和介电常数．     

Ni-Al底电极对偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物铁电薄膜性能的影响

利用磁控溅射法,在Si(100)衬底上制备了不同厚度的非晶导电薄膜Ni-Al底电极,并采用直滴法、退火工艺和掩膜技术,首先制备了偏氟乙烯-三氟乙烯P(VDF-TrFE)共聚物铁电薄膜,并构架了Al/P(VDF-TrFE)/Ni-Al/Si铁电电容器异质结.采用X线衍射仪(XRD)、铁电测试仪(Precision LC unit)等测试手段对薄膜的性能进行了表征.结果表明:Ni-Al薄膜厚度对偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物薄膜的漏电流产生较大影响,当厚度为36 nm时,其漏电流密度达到2.09×10-5A/cm2;所构架的Al/P(VDF-TrFE)/Ni-Al/Si电容器呈现2种漏电机理,在较低的电场范围内,电容器的导电机理为欧姆导电机理,在高电场下为界面肖特基导电机理.     

The development of Bi Fe O3-based ceramics

The multiferroic properties of Bi Fe O3-based ceramics were improved through optimizing their sintering method and doping with certain rare earth elements in pure Bi Fe O3. Some methods, especially liquid-phase sintering method has largely decreased the densities of oxygen vacancies and Fe2in Bi Fe O3-based ceramics, and thus their resistivity became high enough to measure the saturated polarization and the large piezoelectric d33 coefficient under the high electric field of [150 k V/cm. Besides,multiferroic properties were improved through the rare earth elements’ doping in pure Bi Fe O3. Magnetization commonly increases with the proportional increase of Nd,La, Sm and Dy contents up to ＊30 %, while ferroelectric phase can transform to paraelectric phase at a certain proportion. An improved magnetoelectric coupling was often observed at ferroelectric phase with a relatively large proportion. Besides, an enhanced piezoelectric coefficient is expected in Bi Fe O3-based ceramics with morphotropic phase boundaries as they are already observed in thin epitaxial Bi Fe O3 films.     

非均相沉淀法制备PLZT富锆陶瓷及其电击穿性能研究*

PZT95/5型铁电陶瓷的抗电击穿强度对材料的实际应用至关重要,实际应用中PZT95/5型铁电陶瓷较低的抗电击穿强度限制了它的应用;选择了PZT95/5型铁电陶瓷材料为研究对象,以提高材料的抗电击穿强度为目的,从材料的制备工艺、材料的微观结构的优化以及电击穿性能等方面,探索提高PZT95/5型铁电陶瓷抗电击穿强度的途径;采用了传统固相法、非均相沉淀法制备出了不同微观结构和性能的PZT95/5型铁电陶瓷;研究表明,采用非均相沉淀法制备了PZT95/5型铁电陶瓷,其介电、压电、铁电性能和抗电击穿性能都优于传统固相法所制备陶瓷的性能;根据弱点导致电击穿的理论,采用韦布尔分布表征和研究了所制备的PZT95/5型铁电陶瓷的电击穿性能。     

Ferroelectric and piezoelectric properties of novel relaxor ferroelectric single crystals PMNT

Relaxor ferroelectric single crystals PMNT with the size of 40 mm×80 mm have been grown by a modified Bridgman method and their ferroelectric and piezoelectric properties have been characterized.The properties varied with the compositions and cut types.On the (001) cut,PMNT76/24 single crystals exhibited a dielectric constant of about 3 400,a dielectric loss of tan＜0.7%,a piezoelectric constant d33 of 980 pC/N,an electromechanical coupling factor kt of 0.55 and Tc of about 110℃.Whereas the properties of PMNT67/33 single crystals on (001) cut were better: ε of about 5 300,tanδ＜0.6%,d33 up to 3 000 pC/N,kt 0.64,k33 0.93 and Tc of about 150℃.The piezoelectric properties on other cuts such as (110) and (111) were much lower than those on the (001) cut.The rhombohedral PMNT crystals grown by this method showed more excellent piezoelectric properties than those grown by high temperature solution method and higher value of kt than the rhombohedral PZNT single crystals.It has also been found that the fluctuation in ferroelectric and piezoelectric properties was related to such factors as composition uniformity and poling degree.     

退极化场对Ba0.5 Sr0.5 TiO3外延薄膜的铁电和介电性能的影响

基于Ginzburg-Landau-Devonshire唯象理论,定性研究了在有或无退极化场情形下外延Ba_0.5Sr_0.5TiO₃薄膜的铁电和介电性能随厚度的依赖特性。结果表明:与无退极化场相比,退极化场的存在使薄膜极化强度空间分布更均匀,抑制了系统的平均极化强度,降低了相变温度(ΔT_c),但增加了临界厚度(Δh_c、Δh_m)和调谐率(Δφ),尤其在电极弱补偿情况下更加显著,厚度为100 nm时薄膜的ΔT_c、Δh_c、Δh_m和Δφ分别约为-57.5 ℃、15 nm、40 nm和20%;外延薄膜的介电性能取决于极化强度对外加电场的响应能力,而非极化本身,这一观点可从完全相反的极化强度和调谐率厚度依赖性趋势充分证明。     

CeO2掺杂(Bi0.94Na0.89Li0.05)0.5Ba0.06TiO3压电陶瓷的微观结构与电性能

采用传统陶瓷工艺合成了CeO2掺杂(Bi0.94Na0.89Li0.05)0.5Ba0.06TiO3 (缩写为 BNBT6-0.05L)无铅压电陶瓷.研究了CeO2掺杂量(质量百分比为0~1.0%)对BNBT6-0.05L陶瓷相结构、体密度、微观结构及压电与介电性能的影响.XRD表明,CeO2扩散进入了BNBT6-0.05L陶瓷晶格内形成了纯的钙钛矿相.SEM表明,少量的CeO2掺杂,改变了陶瓷的微观结构.介电温谱表明,随着CeO2掺杂量的增加,铁电相向反铁电相转变温度(Td)降低. 室温下,CeO2掺杂量为0.2%时,BNBT6-0.05L陶瓷样品有很好的性能:体密度为5.901 g/cm3,压电常数为142 pC/N,平面机电藕合系数为31.3%, 相对介电常数为860, 介电损耗为0.02     

Effect of La and Co-doping on microstructure and electrical properties of Bi FeO_3 thin films

Adding both La3＋and Co3＋was used to tune the microstructure and electrical properties of Bi Fe O3（BFO） thin films, and Bi1-xLaxFe0.90Co0.10O3 thin films were grown on the Sr Ru O3-buffered Pt-coated silicon substrates by a radio frequency sputtering. A polycrystalline structure with（110） orientation was shown in thin films, and their resistivity dramatically increases as the La3＋content increases. Their dielectric constant increases,and dielectric loss decreases with increasing La3＋content.In addition, their ferroelectric and fatigue properties were enhanced with rising La3＋content. The thin films with x = 0.03 have optimum electrical properties（e.g., remanent polarization 2Pr＊ 175.6 l C/cm2, coercive field2Ec＊ 699.5 k V/mm, dielectric constant er＊ 257 and tan d ＊ 0.038）, together with a good fatigue behavior. The impendence analysis of the films was conducted to identify the defects type during conductivity, and both hopping electrons and single-charged oxygen vacancies are mainly responsible for the conduction of grain and grain boundaries regardless of La3＋content. As a result, the doping with both La3＋and Co3＋benefits the improvement in the electrical properties of BFO thin films.