聚偏氟乙烯/陶瓷复合材料的制备及性能研究

【摘要】： 在查阅大量国内外有关聚合物／陶瓷复合材料文献资料的基础上，本文对聚合物／陶瓷复合材料的研究进展进行了系统地总结，提出了通过提高聚合物／陶瓷复合材料界面粘结来提高复合材料介电性能和压电性能的思路。 本文用三种方法制备了聚偏氟乙烯／钛酸铅复合材料，用H.P.4912型介电频谱仪在室温下测试了复合材料的介电性能，用准静态d_(33)测试仪来测试了复合材料的压电系数d_(33)，用扫描电镜观察了复合材料的微观形态，并对复合工艺进行了深入的探讨。 首先用sol-gel法制备了PbTiO_3(PT)，然后用热压法将制得的PT与聚偏氟乙烯(PVDF)制备出了PVDF／PT复合材料，研究了所制复合材料的结构和性能。结果发现：用sol-gel法制备的PT是无定型的，无定型的PT在600℃烧结后变为四方晶型；用热压法制备的PVDF／PT复合材料中PT分散不均、存在大量空洞、界面缺陷大是介电性能不好的主要原因；要提高PVDF／PT复合材料的介电、压电性能首先要解决PVDF／PT界面粘结的问题。 然后用sol-gel法制备了PVDF／PT复合材料，研究了所制复合材料的结构和性能。结果发现：sol-gel法制得的复合材料中生成的PbTiO_3粒子被有机基体包裹、分布均匀、界面结合良好，成功地提高了界面粘结问题；同时，正是由于界面粘结的提高，sol-gel法制得的复合材料的介电性能比热压法制得的复合材料有了提高。但是，sol-gel法制得的复合材料中的PT是无定型的，无压电性能。 最后把sol-gel法制得的PVDF／PT纳米复合母料与普通的具有压电性能的PT粉进行热压复合，制备了PVDF／PT复合材料，研究了所制复合材料的结构和性能。结果发现：原位生成的PT纳米粒子均被有机基体包裹，粘附在普通PT上，界面结合良好；复合材料在PVDF体积含量高达40％的情况下还能体现较好的介电性能，1MHz下，其ε达36.4，tanδ低到0.08；在普通PT体积含量为20％时，体系的d_(33)可达10。这表明sol-gel法制得的PVDF／PT纳米复合母料与普通PT粉有很好的粘结性能，母粒中的PT与普通PT粉在介电、压电性能方面有很好的协同作用。