本文關(guān)鍵詞：鐵電聚合物P（VDF-TrFE）納米結(jié)構(gòu)的制備及其應用研究

  更多相關(guān)文章： 鐵電聚合物 納米結(jié)構(gòu) 聚合物太陽能電池 壓電響應

【摘要】：聚合物普遍具有低成本,易加工,柔韌性好,重量輕等天然優(yōu)勢,因此成為材料研究的一個熱點。而以聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物為代表的鐵電聚合物材料,不僅擁有這些聚合物的共性,同時還擁有鐵電性,壓電性,熱釋電性等一系列獨特的性能,這些特性使得鐵電聚合物材料在鐵電信息存儲,壓力傳感器,紅外探測器,太陽能電池等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。對于PVDF及其共聚物而言,其鐵電性來源于分子鏈中H-F原子對組成的偶極的定向排列,因此其片晶以及分子鏈的取向會對材料的性能產(chǎn)生深刻的影響。為此,科研人員研究了包括空間受限誘導,拉伸誘導,電場誘導等一系列方法來獲得特定取向的晶體結(jié)構(gòu)。這些具有特定取向結(jié)構(gòu)的晶體在某些物理性質(zhì)上得到了巨大的提升,從而為制備具有優(yōu)異性能的有機功能器件提供了基礎(chǔ)。由偏氟乙烯和三氟乙烯共聚而來的聚合物聚偏氟乙烯-三氟乙烯P(VDF-TrFE)相對于PVDF而言具有更加穩(wěn)定的?相結(jié)構(gòu),這意味著P(VDF-TrFE)擁有更加可靠的鐵電性,因此本論文選擇以P(VDF-TrFE)作為研究對象。本課題組在先前的研究中已經(jīng)對P(VDF-TrFE)在空間受限條件下的取向以及性能的關(guān)系進行了大量的研究,確認了空間受限條件下片晶的取向行為對材料的物理性能具有決定性的作用。在此基礎(chǔ)之上,我們以多孔陽極氧化鋁(AAO)作為模板,通過納米壓印的方法,構(gòu)筑了不同直徑的P(VDF-TrFE)納米柱結(jié)構(gòu)。通過PFM測試我們發(fā)現(xiàn)相對于薄膜體系而言,圖案化的納米柱結(jié)構(gòu)具有更強的壓電響應以及更小的矯頑場,并且矯頑場的大小則隨著納米柱直徑的減小而逐漸降低。隨后我們將這一納米陣列結(jié)構(gòu)應用于P3HT:PCBM共混體系的聚合物太陽能電池中,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在不同極化狀態(tài)下太陽能電池的效率最多相差了一倍,正向極化狀態(tài)下電池效率相對于未極化狀態(tài)提高了25%。除了在太陽能電池上的應用外,由于P(VDF-TrFE)具有優(yōu)異的壓電性能,其在壓力傳感器,壓電式納米發(fā)電機等壓電器件中也有大量應用。在本文中,我們以多孔聚酰亞胺薄膜作為襯底,利用熔融填充的方法,在聚酰亞胺管道中構(gòu)筑了結(jié)構(gòu)連續(xù)的P(VDF-TrFE)納米線,并對其在外部壓力作用下產(chǎn)生的壓電響應性能進行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比較于同樣熱處理條件下的薄膜樣品而言,納米線結(jié)構(gòu)具有更為強烈的壓電響應信號,隨后通過掠入射X射線衍射我們分析了納米線以及薄膜中分子鏈的取向方式,發(fā)現(xiàn)在納米線結(jié)構(gòu)中分子鏈沿著垂直于管道的方向排列,而薄膜分子鏈方向則沿著垂直于襯底的方向。另外,我們根據(jù)電壓響應與壓力之間的關(guān)系,計算了納米線結(jié)構(gòu)的壓電電壓常數(shù),發(fā)現(xiàn)其比薄膜體系有了巨大的提升,同時與納米管結(jié)構(gòu)相比也有一定的提高�？傊�,我們通過一系列方法構(gòu)筑了鐵電聚合物P(VDF-TrFE)的納米結(jié)構(gòu),并以此為基礎(chǔ)研究了納米結(jié)構(gòu)鐵電聚合物在鐵電聚合物太陽能電池以及壓電響應中的影響。論文的主要意義在于研究了受限環(huán)境對P(VDF-TrFE)的取向影響的基礎(chǔ)上,進一步研究受限和鐵電聚合物性能之間的關(guān)系,為鐵電聚合物納米結(jié)構(gòu)在實際器件應用中提供一定的參考意義。
【關(guān)鍵詞】：鐵電聚合物 納米結(jié)構(gòu) 聚合物太陽能電池 壓電響應
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;O631.3
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-31
• 1.1 聚合物10-12
• 1.1.1 聚合物的概念10
• 1.1.2 聚合物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)10-12
• 1.1.3 功能聚合物12
• 1.2 結(jié)晶聚合物的取向研究12-16
• 1.2.1 聚合物的結(jié)晶12-13
• 1.2.2 結(jié)晶聚合物分子和晶體的取向方式13-14
• 1.2.3 聚合物在受限條件下的結(jié)晶及取向14-16
• 1.3 聚合物鐵電材料PVDF及其共聚物簡介16-24
• 1.3.1 鐵電材料的概念及其發(fā)展歷史16-19
• 1.3.2 鐵電聚合物PVDF及其共聚物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)19-21
• 1.3.3 PVDF及其共聚物在受限條件下的取向及性能21-24
• 1.4. PVDF及其共聚物的性能應用研究24-29
• 1.4.1 PVDF及其共聚物的鐵電性及其應用24-28
• 1.4.2 PVDF及其共聚物的壓電性及其應用28-29
• 1.5 本文的切入點及研究方向29-31
• 第二章 P(VDF-TrFE)納米結(jié)構(gòu)的制備及其形貌31-39
• 2.1 引言31
• 2.2 P(VDF-TrFE)納米柱陣列的制備及形貌31-35
• 2.2.1 多孔陽極氧化鋁模板的制備31-33
• 2.2.2 P(VDF-TrFE)納米柱陣列的制備33-34
• 2.2.3 P(VDF-TrFE)納米柱陣列的形貌表征34-35
• 2.3 P(VDF-TrFE)納米線結(jié)構(gòu)的制備及形貌35-37
• 2.3.1 P(VDF-TrFE)納米線結(jié)構(gòu)的制備35-37
• 2.3.2 P(VDF-TrFE)納米線結(jié)構(gòu)的形貌表征37
• 2.4 本章小結(jié)37-39
• 第三章 P（VDF-TrFE）納米柱陣列的鐵電性能及其在太陽能電池中的應用39-47
• 3.1 引言39-40
• 3.2 P(VDF-TrFE)納米柱的鐵電性能研究40-42
• 3.2.1 壓電力顯微鏡（PFM）簡介40
• 3.2.2 P(VDF-TrFE)納米柱鐵電性能測試40-42
• 3.3 P(VDF-TrFE)納米柱陣列在太陽能電池中的應用42-46
• 3.3.1 基于鐵電納米柱陣列的聚合物太陽能電池的制備42-43
• 3.3.2 鐵電納米柱陣列對太陽能電池效率的影響43-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第四章 P(VDF-TrFE)納米線壓電性能研究47-56
• 4.1 引言47
• 4.2 壓電性能測試實驗設(shè)計47-48
• 4.3 P(VDF-TrFE)納米線的壓電性能研究48-54
• 4.4 本章小結(jié)54-56
• 第五章 全文總結(jié)及展望56-58
• 參考文獻58-69
• 攻讀學位期間公開發(fā)表的論文及科研成果69-70
• 致謝70-72

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