氟聚合物是一類具有優(yōu)異的電荷存儲能力的駐極體材料。聚四氟乙烯（PTFE）和氟化乙烯丙烯共聚物（FEP）是應(yīng)用最廣泛的空間電荷型駐極體材料�？臻g電荷的存儲及其穩(wěn)定性由TFE基元決定。聚偏氟乙烯（PVDF）及其共聚物是應(yīng)用最為廣泛的偶極電荷駐極體材料,這類材料的壓電鐵電特性由VDF基元所決定。不同基元和組分比例決定了電荷存儲的類型及其應(yīng)用領(lǐng)域。除組成基元外,駐極體電荷還會受到界面結(jié)構(gòu)的影響。具有電學(xué)梯度結(jié)構(gòu)的多種介質(zhì)疊加形成的異質(zhì)界面結(jié)構(gòu),在極化過程中,將會積聚電荷,形成駐極體。目前在駐極體電荷捕獲機(jī)制的研究中,組成基元與電荷存儲,晶相結(jié)構(gòu)和介電響應(yīng)的關(guān)系仍然不清楚,僅通過對單一基元或雙基元駐極體的研究無法全面揭示不同類型基元對電荷捕獲的影響。并且大多數(shù)界面電荷積聚機(jī)制的研究僅通過經(jīng)典模型進(jìn)行論證,無法得出有效的界面電荷積聚機(jī)制。本文研究了具有不同基元和組分比例的聚四氟乙烯（TFE）-偏二氟乙烯（VDF）-六氟丙烯（HFP）三元共聚物THV815,THV500和THV220,并將其作為模型材料,研究功能基元VDF、HFP和TFE對駐極體電荷的影響。通過PP和FEP駐極體構(gòu)成具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的界... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）表面電荷（b）空間電荷（c）界面電荷（d）偶極電荷

踅?屑庸?27]。它具有PTFE和PE的許多杰出性能，例如高電阻率，低損耗因子，低介電常數(shù)和高化學(xué)穩(wěn)定性[28]。此外，ETFE具有較高的熔融溫度（271℃）和出色的機(jī)械性能[29]。到目前為止，已經(jīng)有一些關(guān)于ETFE作為空間電荷駐極體的研究，研究表明ETFE具有相當(dāng)好的空間電荷穩(wěn)定性[30,31]。CYTOP是一種全氟聚合物[32]，圖1.2顯示了三種類型的商業(yè)級CYTOP的分子組成。它們具有不同的端基，即三氟甲基（CTL-S），羧基（CTL-A）和酰胺基甲硅烷基（CTL-M）。CYTOP可溶于全氟溶劑，因此與MEMS制造工藝兼容，可以通過多次旋涂獲得厚膜。圖1.2CYTOP的分子組成和端基Suzuki等人研究了CYTOP的駐極體特性[33,34]。發(fā)現(xiàn)端基對CYTOP的駐極體性質(zhì)具有強(qiáng)烈的影響。CTL-A類型和CTL-M類型不僅可以保持較高的表面電荷密度，而且還具有良好的穩(wěn)定性。CTL-M類型的初始表面電荷密度高達(dá)1.3mC/m2，并且在超過4000h的存儲時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。CTL-A類型的初始表面電荷密度約為0.8mC/m2，在相同的存儲時(shí)間段內(nèi)也保持穩(wěn)定。相比之下，CTL-S類型的表面電荷密度要低的多[35]。結(jié)果表明酰胺基甲硅烷基端基在CYTOP的駐極體性能中起關(guān)鍵作用。僅將0.6-3.0%的氨基硅烷摻雜到CTL-A中可使表面電荷密度加倍，并提高熱穩(wěn)定性。摻雜了3.0%氨基硅烷的CTL-A的表面電荷密度高達(dá)1.5mC/m2，高于CTL-M的表面電荷密度。通過優(yōu)化充電電壓和膜的厚度，使用氨基硅烷摻雜的CYTOP駐極體可以達(dá)到聚對二甲苯HT（3.7mC/m2）的表面電荷密度。TeflonAF是一種優(yōu)異的非極性聚合物材料[36]，它龐大的側(cè)基可以防止結(jié)晶，可以用于改善和其他材料的粘合力并消除沿微晶邊界的電荷傳輸。介電常數(shù)為1.9，并且吸水率低于0.01%。研究表明，對于聚合物駐極體，薄膜可充電的最大電荷密度與其介電強(qiáng)度和電荷的陷阱密度相關(guān)，即

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6β相峰在20.26o處，α相的衍射峰在17.76o、18.30o和26.56o處，γ相在18.5o、19.20o和20.04o處[46]。PVDF各晶相衍射峰如圖1.3所示。圖1.3PVDF各晶面及衍射角XRD譜差示掃描量熱法（DSC）是一種熱分析方法，與XRD和FTIR互補(bǔ)，用于區(qū)分PVDF的晶相。PVDF的不同晶相在DSC譜中顯示出不同的熔融峰。由于DSC峰的特征不僅取決于結(jié)晶相，而且取決于材料的形態(tài)特征，例如缺陷和晶體尺寸。α相的吸熱峰在172℃，β峰與α相峰接近，在167-172℃之間，γ相峰溫在179-180℃之間[47]。在β相PVDF中，聚合物鏈呈現(xiàn)全反式（Z字形）構(gòu)型，并表現(xiàn)出凈偶極矩。在分子偶極子在足夠強(qiáng)的電場中排列后，β相PVDF顯示出強(qiáng)壓電和熱電性。但是，PVDF通常在常規(guī)制備（例如溶液澆鑄和熔融冷卻）后形成的是非極性α相。α相PVDF可以變成β相PVDF，例如，通過將薄膜或平板拉伸至其原始長度的幾倍。這樣的額外步驟增加了制造成本，導(dǎo)致印刷和直接沉積方法的技術(shù)困難，因此阻止了PVDF的廣泛應(yīng)用。PVDF在電場強(qiáng)度大于50MV/m的電場下極化，可以使PVDF具有強(qiáng)的壓電效應(yīng)和熱釋電效應(yīng)。但是PVDF的極化是不均勻的，極化與晶形相關(guān)。M.Womes研究了電荷的注入、遷移和捕獲決定著極化區(qū)域的位置和厚度。在較高溫度下，高聚物的鏈更容易轉(zhuǎn)動，具有較高的載流子遷移率，可以更快速極化[48]。葉蕓等人通過對PVDF膜熱極化和電暈極化，表明PVDF的結(jié)晶度可以通過不同的極化方式進(jìn)行提高，像是熱極化和電暈極化。在較高的極化溫度下可以

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本文編號：3118758