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。     

热处理方式对P(VDF-co-TrFE)压电、介电及铁电性能的影响

采用溶液流延法制备了铁电聚合物聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-co-TrFE))厚膜,用X射线衍射仪(XRD)和热重分析仪(DSC)确定了聚合物晶型,并用偏光显微镜(POM)比较了不同热处理后聚合物的结晶形态。在此基础上,用热极化方式处理了P(VDF-co-TrFE),使该材料的压电系数(d33)提高到-22 pC/N,并比较了不同极化电场下三种热处理聚合物的压电性能。然后用介电测试系统表征了退火处理后不同d33P(VDF-co-TrFE)样品的介电性能,结果表明高压电性会降低此类材料的介电常数。最后通过铁电测试系统解释了P(VDF-co-TrFE)偶极子转向对材料极化强度的影响,阐明了其压电性的来源和影响机理。研究结果表明,通过物理方式改善聚合物的结晶性能,可提高材料剩余极化强度,并可获得高压电性能聚合物厚膜。     

基于分子动力学的P(VDF50-TrFE50)高电场极化仿真

P(VDF-TrFE)类共聚物具有优异的铁电性能,可用于制作柔性压电传感器。在试验研究中,通常采用高电场极化来增强其压电效应。为了研究该共聚物的传感特性,本文利用分子动力学模拟软件Materials Studio(MS)建立P(VDF₅₀-TrFE₅₀)的三维晶胞模型,模拟高电场极化过程,分析各项极化条件对其剩余极化的影响。结果显示：在高电场强度下,晶胞内的大部分铁电畴在极短时间内完成翻转;P(VDF₅₀-TrFE₅₀)的极化强度与外加电场强度正相关,但当电场强度高于5 V/nm后,极化强度增长减缓;晶胞在低温时保持铁电相而在高温时转变为顺电相;被充分极化的P(VDF₅₀-TrFE₅₀)晶胞的最高剩余极化强度为59.94 mC/m²。该研究表明MS软件具有模拟P(VDF-TrFE)聚合物材料压电特性的能力,可为后续试验研究及传感器制作提供仿真依据。     

新型柔性压电薄膜在管道泄漏检测中的应用

针对传统固体压电陶瓷式压电探头安装结构复杂、响应频率范围窄、对于复杂曲面不适应等缺点导致的在管道泄漏检测中灵敏度不高、检测范围较近等问题,提出一种采用新型柔性压电薄膜作为声发射传感器的管道泄漏检测方法。首先,将偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE)高分子柔性压电薄膜与传统压电陶瓷式、空气耦合式3种传感器布置于管道表面;然后,采用软硬件结合的方式采集不同状态下的管道壁面信号;最后,通过FFT等时频域信号处理算法对采集信号进行分析处理,通过时域和频域波形特征判断管道泄漏状态。实验结果表明：在泄漏信号响应方面,新型P(VDF-TrFE)柔性压电薄膜相比传统压电陶瓷式传感器表现出了更高的灵敏度和更大的响应值,能够检测出更小的泄漏,且该类型传感器受安装以及位置角度的限制较小;随着泄漏源距离的增加,P(VDF-TrFE)柔性压电传感器的衰减程度较压电陶瓷和空气耦合式传感器低,能够检测出更远距离的泄漏;P(VDF-TrFE)柔性压电传感器能够作为一种新型的声发射传感器应用于地埋管道泄漏等复杂结构损伤失效检测中,具有重要的研究意义和应用价值。     

PZT/P(VDF-TrFE)O-3型复合材料的制备及介电测量

采用溶胶-凝胶法制备了锆钛酸铅(PZT)的纳米粉体,通过热压的方法制备了锆钛酸铅与偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物形成的0．3型复合材料(PZT／P(VDF-TrFE)),并对其进行了频域和时域介电测量．研究结果表明,复合材料的介电常数随PZT的体积分数的增加而增大,在PZT体积分数约为70％时出现最大值,并对该结果作了定性解释．时域测量结果表明,在PZT／P(VDF—TrFE)0．3复合材料中存在3种不同弛豫时间的极化结构．     

高压电性能和介电性能0-3型PZT/PVDF压电复合陶瓷的制备

实验采用固相法合成性能良好的PbZr_(0.52)T_(0.48)O_3(PZT)陶瓷粉末,通过常压和热压工艺制备0-3型PZT/PVDF(偏聚氟乙烯)压电复合材料,研究了常压和热压工艺、PVDF所占体积分数和极化条件(时间、电场强度)等因素对复合陶瓷压电和介电性能的影响。采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、阻抗分析仪等表征样品的显微结构和电性能。结果表明:最佳极化条件为极化时间30 min,极化强度7 k V/mm,采用热压工艺制备的复合陶瓷性能更佳;当PVDF体积分数为10%时,PZT/PVDF压电复合材料的性能最佳,其介电损耗低至1.7%,相对介电常数为191,压电常数为42 p C/N。     

CaCu_3Ti_4O_(12)/P(VDF-TrFE)复合材料的制备和介电性能研究

采用固相法制备了微米级CaCu_3Ti_4O_(12)(CCTO)粉体,将CCTO粉体作为填料与P(VDF-TrFE)(摩尔比为70/30)共聚物进行热压复合,主要研究了热压温度和CCTO填料含量对CCTO/P(VDF-TrFE)复合材料的微结构和介电性能的影响。CCTO/P(VDF-TrFE)复合材料中CCTO粉体较均匀地分散于P(VDF-TrFE)共聚物中,形成0-3型复合。随着热压温度的升高,P(VDF-TrFE)基体对CCTO陶瓷颗粒的包覆性增强,结合更紧密。随着CCTO体积分数的增加,CCTO/P(VDF-TrFE)复合材料的介电常数和介电损耗都有所增大,主要分别源于界面极化和填料自身较高的介电损耗。随着热压温度的升高,CCTO添料与P(VDFTrFE)共聚物结合更紧密,界面缺陷减少,复合材料的介电常数逐渐增大。而其介电损耗在一定的频率范围内随热压温度的升高变化不大。当CCTO体积分数为50%、热压温度为140℃时,CCTO/P(VDF-TrFE)复合材料介电性能最优。不同的复合材料介电理论模型对比表明,Yamada模型与实验数值重合度最高,可有效地预测CCTO/P(VDF-TrFE)复合材料的介电增强现象。     

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.     

铌镁(锌)酸铅-钛酸铅弛豫铁电单晶研究进展

在最近十几年中,新型弛豫型铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅和铌锌酸铅-钛酸铅受到了广泛的关注。这是由于这种新型的弛豫型铁电单晶和传统的压电材料相比较,在准同型相界附近表现出良好的压电、介电与电致伸缩性能。文章介绍了铌镁(锌)酸铅-钛酸铅系列单晶的基本性质,国内外在该晶体制备及晶体性能相关领域的研究进展。     

芳香族铁电液晶的相变

研究(+)-对烷氧基苯甲酸对′-2-甲基丁氧基苯酚酯液晶和(+)-对烷氧基苄又对′氨基肉桂酸-2-甲基丁酯液晶的铁电相变性质。铁电液晶的自发极化强度(P_s)和其分子倾斜角(θ)与液晶温度(T)的关系相似。随着T升高,P_s和θ减小,T达到居里温度(T_c)附近时P_s和θ均连续地变为零,且介电系数发生突变,出现介电反常,这说明在T_c附近发生结构二级相变。研究还表明,在铁电相范围内属铁电耦合,在顺电相范围内属介电耦合。     

三明治结构PVDF电介质材料的设计及性能研究

实验将MXene/PVDF(聚偏氟乙烯)(A)作为介电增强相,将BN(氮化硼)/PVDF(B)作为击穿增强相,交替涂膜制成三明治(ABA型)结构PVDF复合电介质材料。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射(XRD)对复合电介质薄膜的结构、形貌以及填料的分散状态进行了表征,并着重研究了材料的介电性能及储能特性。结果表明:三明治结构电介质材料能协调介电与击穿之间的矛盾,起到协同增强电介质材料储能密度的效果。其中,A_(2.5)B_2A_(2.5)型PVDF复合电介质材料的介电常数达25.1(100Hz下),是纯PVDF的2.5倍,介电损耗仍保持较低水平(tanδ=0.03);此外,与MXene/PVDF 2.5wt%单层膜相比,其击穿强度提升了2倍(110.28MV·m~(-1)),储能密度提高了201%(1.35J·cm~(-3))。     

钙钛矿型铁电薄膜结构及性能的应变调控

铁电薄膜具有铁电、压电、热释电、光伏效应等多种特性,在换能器、驱动器、传感器、能量收集器、太阳能电池等功能器件中具有广阔的应用前景.铁电薄膜沉积在衬底上,其性能与衬底的约束引起的应变密切相关.如何利用衬底调控铁电薄膜的应变,进而调控其极化状态,是显著提高其性能的关键.综述了近年来利用应变工程调控铁电薄膜性能的研究进展及需要解决的问题.     

挠性复合压电材料

本文介绍一种压电性能好、杂音少的压电材料,它能接收在水中传播的声波并将其转换成电信号,也能向水中发射定向声波。故本材料有望用于水波接收器或水波发送器前制作。 压电体作为声传感器,其灵敏度(dh)可用通式dh=d_(33)+2d_(31)表示。式中,d_(33)是发生相同于电场方向失真时材料的压电常数,d_(31)是发生垂直于电场方向失真时材料的压电常数。由公式可知,作为声传感器,这两个常数越大,灵敏     

铁电双层膜极化与介电极化率的尺寸效应

利用平均场近似下的横场伊辛模型理论,研究含结构过渡层与界面耦合(铁电界面耦合和反铁电界面耦合)的铁电双层膜的尺寸对其极化与介电极化率的影响。研究结果表明:极化与介电极化率随温度的变化曲线呈现不同性质,强烈地依赖于构成铁电双层膜的两铁电层的厚度。     

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.     

等静压和温度作用下Pb(Zr,Sn,Ti)O3陶瓷的介电性能研究

对反铁电-铁电相界附近的Nb掺杂Pb(Zr,Sn,Ti)O3陶瓷，采用2GPa等静压装置测试了其在不同等静压力下的介电温度性能，分析了各种介电异常，发现了精细的相变特性，指出随着温度升高，在较低的等静压范围内发生反铁电-铁电-顺电相变，而在较高的等静压范围内发生反铁电-顺电相变，其中，铁电相分为微弱频率弥散的弛豫型铁电相和正常铁电相两个不同的介电性能区域，最后，得到了该组分材料的温度-等静压相图。     

PVDF/SiO2复合纳米纤维膜的制备及性能研究

采用静电纺丝技术,以聚偏氟乙烯（PVDF）为原料,掺杂不同质量纳米二氧化硅（SiO2）,制备PVDF/SiO2复合纳米纤维膜,研究分析复合纳米纤维膜的形貌、化学结构、晶型转变、拉伸性能和压电性能。结果表明：PVDF质量分数为10 %时,纤维平均直径为(473.97 ± 71.10)nm,纤网成膜良好,微观形貌清晰,PVDF/SiO2复合纳米纤维膜的直径范围为(514.96 ~ 834.16) nm,且纤维表面有颗粒状凸起;PVDF/SiO2复合纳米纤维膜的拉伸强力随纳米SiO2质量分数增大呈先增大后减小趋势,当纳米SiO2质量分数为0.3 %时,强力为(7.94 ± 0.68) N;静电纺丝的电场作用使PVDF由α晶型转变为β晶型,具备压电性能,输出电压值随纳米SiO2质量分数增大先上升后下降,当纳米SiO2质量分数为0.3 %时输出电压值最大,可达(2.00± 0.11)V。     

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.     

通过PVDF测量简支梁声辐射模态伴随系数

PVDF(Polyvinylidenefluoride,聚偏氟乙烯 )是一种新型的压电高分子材料 ,它具有独特的压电效应 ,近年来受到人们广泛关注 笔者在声辐射模态理论及一维分布式压电传感器输出电压方程基础上 ,利用PVDF独特的积分特性 ,以简支梁为例 ,通过设计PVDF压电薄膜传感器的形状 ,测量了简支梁第一、二阶声辐射模态伴随系数 并对实验数据进行了分析比较     

利用PVDF设计两维简支结构声辐射模态传感器

PVDF(polyvinylidenefluoride聚偏氟乙烯 )是一种新型的压电高分子材料 ,它不仅密度低 ,而且具有较强的压电性 ,机械性、可塑性好等特点 用特定形状的PVDF薄膜作为误差传感器 ,将它贴在结构体表面上时 ,对系统产生很小的影响 笔者在声辐射模态理论以及两维分布式压电传感器方程的基础上 ,利用PVDF独特的积分特性 ,以简支矩形板为例 ,设计了PVDF压电薄膜传感器用于测量简支板第一、二阶声辐射模态伴随系数 并在理论上进行数值分析比较可知 ,这种特定形状的PVDF薄膜作为误差传感器是可行的