【摘要】：以可穿戴設備,柔性電子屏幕、柔性多功能傳感器為代表的柔性電子器件是近些年來興起的一種新型電子器件。這類器件有著柔性可彎曲、生物相容性優(yōu)、材料成本低廉等獨特性質,在信息、能源、農業(yè)、醫(yī)藥等領域具有廣闊的應用前景。聚偏氟乙烯(PVDF)材料是目前研究應用最廣泛的柔性電子材料之一,但是傳統(tǒng)的三步法制備工藝大大限制了該材料的產業(yè)化發(fā)展。因此,本文從制備熱釋電PVDF薄膜入手,研究制膜工藝對薄膜性能的影響。(1)首先從成膜的基板材料著手,研究了流延在不同材質基板上的PVDF薄膜的結晶度、結晶相、熱釋電響應。發(fā)現(xiàn)在親水性優(yōu)的基板制備的PVDF薄膜β相含量高,同時結晶度和熱釋電電壓響應也高。而對于親水性相差不大的晶態(tài)基板,基板與PVDF薄膜的四種晶相間存在不同的晶格失配度,而與PVDF的某種結晶相失配度越小,越容易生產該種結晶相。銅板與β相PVDF薄膜的晶格失配度很低,僅僅不到0.2%,因此流延在銅板上PVDF的薄膜獲得了高的β相含量。(2)其次,本論文通過在非晶態(tài)的玻璃基板表面修飾羥基,研究了基板的親水性對薄膜性能的影響,發(fā)現(xiàn)隨著修飾羥基數(shù)量的增加,PVDF薄膜的結晶度越高,其中β相提高的比例遠高于α相提高的比例,而剩余極化強度、相對介電常數(shù)以及介電損耗也逐漸增加;并且,薄膜與基板之間的附著力越來越強,導致薄膜從基板上揭下的抗剝離力也越來越大。更重要的是,經羥基修飾的PVDF薄膜產生了自發(fā)極化,流延的薄膜無需后續(xù)的熱極化可以直接測得熱釋電電壓響應,說明薄膜中的偶極子已經有序取向,實現(xiàn)了一步法制備自發(fā)極化的PVDF熱釋電薄膜。(3)最后,從極化方向、極化程度以及機理等方面對自發(fā)極化PVDF薄膜的極化特性進行了探究。發(fā)現(xiàn)羥基誘導自發(fā)極化的PVDF薄膜極化方向是從基底指向薄膜;提出“種子層”模型來闡述自發(fā)極化機理,薄膜和基板之間氫鍵導致第一層PVDF分子鏈有序取向,并作為“種子層”使得后續(xù)各層分子鏈在靜電力的作用下自下而上有序對準;通過熱極化處理,研究自發(fā)極化薄膜的極化程度,發(fā)現(xiàn)經羥基誘導自發(fā)極化的PVDF薄膜的熱釋電響應等效于傳統(tǒng)薄膜在場強為23 MV m-1條件下進行的熱極化響應,而反向極化時,薄膜的熱釋電響應信號持續(xù)下降,場強大于27MV m-1時,薄膜的極化方向反轉。
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而在這具有壓電效應的２１種非對稱點群中，其中只有具有單一極軸的１０種點群逡逑晶體能產生熱釋電效應。換句話而言，晶體有熱釋電效應的話就一定會有壓電效應，逡逑而晶體有壓電效應的話未必就有熱釋電效應。圖１－１列出了鐵電、壓電、熱釋電材逡逑料的關系圖，其中壓電材料的范圍最大，包括熱釋電材料和鐵電材料。而熱釋電材逡逑料又包括了鐵電材料。逡逑壓電效應的研宄較早，理論和應用的發(fā)展比較完備。而熱釋電效應的研宄起步逡逑較晚，雖然人類在公元三百年就觀察到了熱釋電現(xiàn)象：電氣石吸引輕小物體［１］。但逡逑是科學家真正開始系統(tǒng)研宄熱釋電效應及其實際應用已經到了邋２０世紀。到了邋２０逡逑１逡逑

靜電紡絲是一種快速制備柔性纖維薄膜的方法，可以滿足人們制備可穿戴電逡逑子器件的需求。Ｐｅｒｓａｎｏ等人［１２］通過靜電紡絲的方法制備ＰＶＤＦ和Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）納逡逑米纖維薄膜，如圖１－２（ｂ）。把這些薄膜制作成柔性電子器件并編織到紡織品上，制逡逑作成貼身的衣物以此在人類活動中獲取能量。這些薄膜機械性能穩(wěn)定，可反復彎曲逡逑折疊，無斷裂。在１邋Ｈｚ的彎曲頻率下，這些薄膜實現(xiàn)了高達４０ｎＡ的電流和約１．５逡逑Ｖ的電壓。Ｃｈａｎｇ等人［１３］還利用近場致電紡直接寫入技術（ＮＦＥＳ）制備了一種基于逡逑ＰＶＤＦ柔性纖維的納米發(fā)電機如圖ｌ－２（ｃ）所示，在２邋Ｈｚ的壓力下輸出電壓達４５邋ｍＶ。逡逑將多個納米纖維通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式排列，，以此增加總的電壓輸出。逡逑ＰＶＤＦ鐵電聚合物及其共聚物作為柔性傳感器時，可以感知外界的機械、傳熱逡逑⑷邋１：｜——＜ｂ）；逡逑ｄ邐００邐°－＊ｍｅ（ｓ）邐１－°邐１５邐０．０邐０．１邐０．２邐０．３邐０＾４邐０．５邐０．６逡逑Y媯跡保埃五五澹裕椋�？（句辶x息儒義希板危靛危保板危保靛危玻

本文編號：2641338