通過新材料將環(huán)境中的能量轉(zhuǎn)換為電能,并利用這種“即時(shí)電能”構(gòu)建功能體系,是開發(fā)新材料并應(yīng)對(duì)環(huán)境能源危機(jī)的新思路。本文利用基于聚偏氟乙烯（PVDF）的柔性壓電薄膜材料,設(shè)計(jì)并構(gòu)建自供能功能材料體系,將生活環(huán)境中的能量轉(zhuǎn)換為“即時(shí)電能”,實(shí)現(xiàn)了其作為即時(shí)電源在力致發(fā)光和靈敏檢測(cè)方面的應(yīng)用。（1）采用同時(shí)增強(qiáng)光熱轉(zhuǎn)換和熱釋電轉(zhuǎn)換的策略,利用聚乙烯亞胺（PEI）改性的氧化石墨烯（rGO-PEI）作為光熱層和極化PVDF（β相約91.4%）作為熱釋電層,設(shè)計(jì)制備了高性能的光熱型-熱釋電發(fā)電材料（rGO-PEI/PVDF）。密度泛函理論（DFT）模擬結(jié)果表明,PEI對(duì)GO的改性增強(qiáng)了材料的吸光性能（優(yōu)于普通商業(yè)化石墨烯）,有利于光熱轉(zhuǎn)換;在太陽(yáng)光震蕩頻率為25 mHz時(shí),rGO-PEI/PVDF的輸出功率高達(dá)21.3 mW/m²,優(yōu)于先前的報(bào)道。進(jìn)一步,通過對(duì)材料進(jìn)行簡(jiǎn)單的“可穿戴式”設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)全天候發(fā)電及即時(shí)供電應(yīng)用。（2）采用自極化的理念,以硫化鋅電致發(fā)光粉和聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）壓電材料作為原料,通過水相分離法,設(shè)計(jì)制備了一種高效的ZnS/自極化PV... 

【文章來源】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：142 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

PVDFα、β、γ相鏈構(gòu)象示意圖[22]

3TrFE-CTFE)。1.2.2.1PVDF的二元共聚物目前，PVDF-HFP、PVDF-TrFE和PVDF-CTFE是幾種較為常見的PVDF二元共聚物。這些共聚物的許多性質(zhì)（壓電性、介電性、柔性等）有別于PVDF。(1)PVDF-HFPPVDF-HFP是通過不同比例的偏氟乙烯(VDF)與六氟丙烯(HFP)單體利用乳液聚合的方式制備而來，如圖1-2所示。圖1-2PVDF-HFP聚合反應(yīng)示意圖PVDF-HFP的分子鏈結(jié)構(gòu)與PVDF相類似，但其性質(zhì)會(huì)受HFP鏈段的影響。[24]共聚物中HFP的含量在很大程度上影響材料在室溫下的形態(tài)。當(dāng)HFP的含量較低時(shí)（約5%），PVDF-HFP聚合物呈現(xiàn)為塑料的玻璃態(tài)；當(dāng)含量在20%時(shí)，聚合物則呈現(xiàn)為彈性體形態(tài)。HFP的含量除了對(duì)材料的機(jī)械性及和熱性能有影響,還對(duì)材料的駐極體和鐵電性能影響很大。與PVDF相比，PVDF-HFP具有較好的鐵電特性。此外，PVDF-HFP中引入了HFP，提高了F原子的含量，使PVDF-HFP具有更高的疏水性。目前PVDF-HFP基的材料在壓電器件和鋰離子電池的聚電解質(zhì)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。(2)PVDF-TrFEPVDF-TrFE是用聚偏氟乙烯(VDF)和三氟乙烯(TrFE)通過直接聚合或利用聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯(PVDF-CTFE)氫化還原法制備生成，反應(yīng)如下圖所示。與PVDF相比，PVDF-TrFE具有許多優(yōu)點(diǎn)[25-30]，如較高的壓電系數(shù)[31]、較好的結(jié)晶度、較高的殘余極化率和較高的溫度穩(wěn)定性[32,33]。PVDF-TrFE也是目前研究和應(yīng)用最廣泛的一種鐵電聚合物[34,35]。PVDF-TrFE的性能與其制備參數(shù)密切相關(guān)。當(dāng)PVDF在聚合中的比例在50%-80%范圍內(nèi)時(shí)，PVDF-TrFE共聚物中的結(jié)構(gòu)為全反式相構(gòu)型，因而具有良好的鐵電性，壓電系數(shù)d33可達(dá)到pCN1

4的數(shù)量級(jí)[36,37]。但PVDF-TrFE性質(zhì)與其形成的方式，如熔融結(jié)晶、溶液結(jié)晶等沒有必然聯(lián)系。值得注意的是，因三氟乙烯中氟原子的直徑略大于氫原子。所以，在氟取代氫后由于空間位阻的作用，PVDF-TrFE的分子結(jié)構(gòu)更傾向于全反式的TTT構(gòu)型（圖1-4）[38]。PVDF-TrFE可以通過高能量電子輻射，實(shí)現(xiàn)鐵電體向弛豫鐵電體的轉(zhuǎn)化，從而可提高共聚物的機(jī)電響應(yīng)性能[39]。此外，PVDF-TrFE也具有優(yōu)異的熱釋電性能，其熱釋電系數(shù)高達(dá)≈200μCm-2k-1[7]，可用于廢棄熱能的收集。圖1-3PVDF-TrFE合成示意圖圖1-4PVDF-TrFE的不同構(gòu)象示意圖[38](3)PVDF-CTFE

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]聚偏氟乙烯及其與三氟乙烯共聚物薄膜的結(jié)晶形貌研究[D]. 沈杰.寧波大學(xué) 2009



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