【摘要】：柔性熱釋電材料作為一種新型材料,其制備的薄膜具有耐腐蝕性、耐氧化性、柔性可彎曲等優(yōu)點(diǎn),在紅外熱成像系統(tǒng)、紅外報(bào)警系統(tǒng)、熱釋電探測(cè)系統(tǒng)等很多領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景�；诖�,本論文對(duì)PVDF基柔性熱釋電薄膜的制備工藝進(jìn)行了研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:1、采用常規(guī)的三步法研究PVDF熱釋電薄膜的制備,首先是成膜,方法包括流延法、熱壓法和旋涂法。這一步通常制備出的薄膜晶體結(jié)構(gòu)主要為α相,對(duì)薄膜進(jìn)行拉伸可以提高β相含量,再進(jìn)行熱極化使PVDF薄膜具有熱釋電性能。之后通過(guò)SEM觀察薄膜的表面結(jié)構(gòu),利用XRD和FTIR研究薄膜的晶體結(jié)構(gòu),驗(yàn)證了經(jīng)過(guò)拉伸和極化可以提高薄膜的β相含量。通過(guò)搭建的熱釋電測(cè)試平臺(tái)測(cè)試薄膜的熱釋電系數(shù),表明拉伸比越大、極化電場(chǎng)強(qiáng)度越高薄膜的熱釋電性能越好。2、提出制備PVDF薄膜的流延-拉伸復(fù)合工藝,該工藝不需要高溫拉伸,也不需要高溫極化,而是在成膜的過(guò)程中拉伸,制備的薄膜直接具有熱釋電性能。通過(guò)表征后分析可知,薄膜的β相含量隨著成膜溫度升高先變大后減小,β相含量隨剩余極化強(qiáng)度、介電常數(shù)、熱釋電系數(shù)的變化也是如此。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析可知PVDF薄膜在溶液濃度為25%、拉伸速率為20 cm.s~(-1)、拉伸長(zhǎng)度為15 cm、成膜溫度為80oC時(shí)獲得最佳的熱釋電性能。通過(guò)搭建的偶極子取向測(cè)定裝置進(jìn)行測(cè)試和分析,證明流延-拉伸復(fù)合工藝制備的PVDF薄膜中偶極子在垂直方向有一定分量。之后將成膜板進(jìn)行氫鍵處理,得到的薄膜具有更優(yōu)良的熱釋電性能,證明流延-拉伸復(fù)合工藝制備的PVDF薄膜直接具有熱釋電性能是由于成膜板的氫鍵誘導(dǎo)作用。3、探索了三種簡(jiǎn)易新穎的方法來(lái)提升PVDF薄膜熱釋電性能:(1)方法一是采用疊層結(jié)構(gòu),將PVDF薄膜上下兩層薄膜的熱釋電響應(yīng)疊加,使相同薄膜面積具有更大的熱釋電響應(yīng)。測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了這一設(shè)想,但所獲得的響應(yīng)信號(hào)比兩層膜響應(yīng)信號(hào)的和小。(2)方法二是在鐵電相中摻入高熱膨脹系數(shù)的非鐵電相,通過(guò)增大復(fù)合薄膜的熱膨脹系數(shù)來(lái)改進(jìn)薄膜的熱釋電性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)PMMA與P(VDF-TrFE)共混比例小于3:10時(shí),共混薄膜的熱釋電響應(yīng)信號(hào)是有小幅提高,最高可提升5%。(3)方法三是將粒徑較大的PE顆粒摻入PVDF薄膜中增大薄膜表面積,提高表面熱吸收率進(jìn)而提高熱釋電性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)顆粒的混入比例小于3:10時(shí),共混薄膜的熱釋電響應(yīng)信號(hào)最高可提升約3.8%。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB383.2
【圖文】：

PVDF柔性熱釋電薄膜圖片

11圖 2-2 PVDF 薄膜的 SEM 表面形貌圖。(a)流延法；(b)拉伸處理(Ts = 90 C，拉伸比=4)；(c)極化處理(T=90 C，E=50 MV. m-1，t=30 min)從圖(a)中可以看出薄膜表面有著球形形貌即“球晶”，用 PVDF 材料制備的薄膜中“球晶”結(jié)構(gòu)一般認(rèn)為是 相晶體結(jié)構(gòu)[56]，所以通過(guò)流延法制備的 PVDF薄膜內(nèi)部的晶相結(jié)構(gòu)主要為 相。另外從圖(a)中可以看到 PVDF 薄膜表面有氣孔，這是由于溶劑蒸發(fā)時(shí)薄膜內(nèi)部的溶劑往外蒸發(fā)導(dǎo)致的氣孔，一般溫度越低溶劑蒸發(fā)越慢可以減小氣孔的大小，但是溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致溶劑蒸發(fā)不完全。實(shí)驗(yàn)中一般采用高溫退火來(lái)修補(bǔ)薄膜表面的氣孔和缺陷。圖(b)是將流延的薄膜經(jīng)過(guò)拉伸后的SEM 表面形貌(拉伸比 R = 4)，從圖中可以看出在拉伸的作用下，PVDF 薄膜表面

是由于在電場(chǎng)作用下薄膜中的偶極子發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)，并沿電場(chǎng)方向趨向一致，使得薄膜中的 相晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?相和 相[60]。2.3.2 X 射線衍射分析(XRD)圖 2-3 為 PVDF 初始膜以及拉伸和極化處理后薄膜的 XRD 對(duì)比圖。從圖(a)中可以看出，通過(guò)流延制備的初始膜在 2θ=18.4°處和 2θ=20.8°出現(xiàn)衍射峰，2θ=18.4°處為 相衍射特征峰，2θ=20.8°處為 相衍射特征峰[59]，經(jīng)過(guò)拉伸后 2θ=20.8°處的衍射峰強(qiáng)度變得很大，由此可知經(jīng)過(guò)拉伸工藝制備的 PVDF 薄膜中含有較多的 相。從圖(b)中可以看出 PVDF 初始膜經(jīng)過(guò)極化后 2θ=20.8°處的衍射峰強(qiáng)度也變大，可知通過(guò)極化也可以提高 PVDF 薄膜中的 相含量。對(duì)比圖(a)和圖(b)中拉伸膜的 X 射線衍射圖譜和極化膜的 X 射線衍射圖譜發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)拉伸工藝制備的薄膜中的 相衍射峰強(qiáng)度比極化后薄膜中的 相衍射峰強(qiáng)度大，這是由于拉伸工藝通過(guò)拉開 PVDF 薄膜中纏繞的分子鏈將 PVDF 薄膜中的 相轉(zhuǎn)變?yōu)?相，而對(duì)薄膜進(jìn)行極化時(shí)，有一部分 相轉(zhuǎn)變?yōu)?δ 相，較少部分由 相轉(zhuǎn)變?yōu)?相，所以通過(guò)拉伸可以使更多的 相轉(zhuǎn)變?yōu)?相。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2800702