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聚偏氟乙烯/陶瓷复合材料的制备及性能研究

陈娟  
【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。


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