新型压电共聚物PVDFHFP薄膜驻极体.pdf

2005年10月 四川大学学报(自然科学版) Oct．2005 ofSichuan Science V01．42 2 第42卷增刊2 Journal Edition) Issue University(Natural 文章编号：0490—6756(2005)022-0155．04 新型压电共聚物P(VDF—HFP)薄膜驻极体 王飞鹏，夏钟福，邱勋林，张晓青 (同济大学波耳固体物理研究新，上海200092) 摘要：通过正负电晕极化、热刺激放电电流谱(TSD)、激光振动测量与分析等方法，研究了用流 延法制备的经过机械熟拉伸前后的两种不同HFP含量(HFP含量分别为4．7％和5．9％)新型 共聚物薄膜的驻板体特性．实验鲒果说明，拉伸前后的这类共聚物薄膜均是极性材料，即充电 极化后的材料内部同时存在取向偶极子和俘获空间电荷，正电晕极化较负电晕极化更能提高 偶极电荷和空间电荷的热稳定性．对样品实施的机械热拉伸工艺能显著增强材料的极化强度， 即不仅增加了取向偶极子的浓度，而且空间电荷的储存密度也大大上升；同时在一定程度上改 善了空间电荷的热稳定性．但}珏、P舍量的上升则显著降低了偶极子取向强度和空阍电荷的俘 获能力．HFP含量为4．7％的共聚物薄膜具有高选133pm／V的逆压电d33系数 关键词：P(VDF-HFP)；压电；取向偶极子；机械热拉伸；驻极体 中图分类号：O484．4 文献标识码：A 引言 与国计民生密切相关的传感器和驱动器等领域广泛需求具有强压电、热释电等活性的电功能材 料…和目前广泛使用的功能陶瓷材料相比，聚合物材料因其低密度、可形成复杂形状及大面积成膜、良 好的机械特性及与入体和水等优异的声阻抗匹配而具有极大的发展和应用潜力．但是，经典的铁电聚合物 稳定性而大大限制了其应用． 新型共聚物[2-3】．我们研究了用流延法制备的六氟丙烯含量分别是4．7％和5．9％的两种共聚物薄膜的驻 极体特性，并通过开路热刺激放电(RD)电流谱、激光振动测量和分析，研究了机械热拉伸工艺对材料驻 极体及压电性质的影响． 2实验 实验所用P(VDF-HFP)共聚物树脂由上海氟材料研究所提供．将这类树脂在丁酮中溶解并经磁力搅 拌和超声振荡后再在载玻片上流延、挥发千化，最后经真空高温老化分别形成厚度约20pm和70／-m的均 匀半透明薄膜，其中厚度约70tzm的薄膜用于机械热拉伸以形成厚度约20,um的拉伸样品．所有样品被单 后备用． 光振动测量和分析则在样品自由面蒸镀铝电极后，用激光多普勒振动分析系统实现， 收稿日期：2005—09—03 基金项目：中德驻极体合作项目(1／77365) 作者简介：王飞鹏(t977一)，男，2004级博士研究生 com *通讯作者：E—mail：fpwangc@hotmail 156 四川大学学报(自然科学版) 第42卷 系统简图如图1所示 3结果与分析 3．1机械热拉伸工艺和共聚物中六氟丙烯(卸叩)的含量对材料驻极体性质的影响 440MPa，而PVDF的弹性模量约为2200～2600～。[2]， 图2为经负电晕极化后的两种不同HFP含量 的共聚物薄膜(拉伸和未拉伸)的开路TSD电流谱． 所有样品的TSD电流谱线均出现了由偶极子解取 向而表现出的位于较低温区的反向电流峰，它们说 明这类共聚物材料是一种极性材料，而位于较高温 区的正向电流峰则是由于电晕充电注人到材料内部 的过剩电荷释放所致．显而易见，HFP含量的上升 显著降低了共聚物薄膜的极化强度．对未拉伸样品 而言，HFP含量为4．7％的共聚物薄膜的偶极电荷 密度约为HFP含量为5．9％的薄膜的3倍(图2中 图1激光振动分析实验系统 Laser