《新型P(VDF-TrFE)駐極體製備及其鐵電、壓電和熱釋電性能研究》是依託西安交通大學，由夏衛民擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型P(VDF-TrFE)駐極體製備及其鐵電、壓電和熱釋電性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：夏衛民
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
P(VDF-TrFE)以其優良的鐵電、壓電、熱釋電性能以及在微應力感測器、能量轉換器等領域中的廣泛套用而備受關注，但是其高昂的製備成本成為其套用的瓶頸。近年來一種間接法製備含有TrFE單元PVDF基含氟共聚物的方法被報導，與直接共聚法相比，間接共聚時VDF與TrFE採用頭-頭相接而不是直接共聚的頭-尾相接，這導致了兩種方法製備的三聚物在介電、儲能性能上的巨大差異。從理論上來說，這種連線方式的差異必然對P(VDF-TrFE)的介電性能產生顯著影響，而這方面的研究卻沒有任何報導。因而，本項目擬採用間接的自由基連轉移氫化法製備P(VDF-TrFE)，並對該共聚物中TrFE含量、VDF-TrFE連線方式和熱處理方式等因素對其鐵電、壓電及熱釋電性能的影響進行細緻研究，重點闡明單體連線方式和晶相結構等因素與其介電性能之間的關係以及作用機理，為間接法P（VDF-TrFE）在該領域的套用奠定基礎。
結題摘要
通過新型原子自由基鏈轉移的方法，以P(VDF-CTFE)為原料合成了TrFE摩爾含量為20%的P(VDF-TrFE)，利用NMR和FTIR確定了氫化P(VDF-TrFE)中VDF-TrFE為頭-頭方式連線，不同於傳統共聚P(VDF-TrFE)的頭-尾連線方式。為深刻揭示單體連線方式對P(VDF-TrFE)壓電性能的影響。課題組利用XRD、DSC和POM比較了氫化和共聚聚合物的凝聚態結構。然後在100MV/m、110℃下製備了新型P(VDF-TrFE)駐極體，利用介電、壓電、鐵電和熱釋電性能設備比較了TrFE摩爾含量為20%的兩種P(VDF-TrFE)的電性能。結合分子電勢模擬結果，發現雖然VDF和TrFE頭-頭連線雖然會降低聚合物的有效偶極子數量，但氫化P(VDF-co-TrFE)具有更高的結晶度和更長的極性分子鏈，有利於提高其壓電性。高溫極化後的新型壓電材料的性能足以和傳統壓電聚合物媲美，其介電常數為11，壓電常數為-23 pC/N，200MV/m電場下剩餘極化強度為0.8C/m2。為了更深入了解氫化和傳統P(VDF-TrFE)駐極體在分子結構上的區別，本課題組分別製備了TrFE摩爾含量為6%、9%和12%的氫化聚合物，利用NMR、FTIR和XRD分析了TrFE摩爾含量和聚合物晶相組成的關係。發現該聚合物不同於共聚P(VDF-TrFE)。並在TrFE摩爾含量為6%的氫化P(VDF-TrFE)中發現了全反式β晶相。利用DSC多峰技術計算得出了聚合物混合晶相中α、β和γ晶相的比例，並利用高電壓極化設備研究了200 MV / m電場多次誘導下P(VDF-TrFE)晶相變化細節。利用電性能測試設備建立了氫化P(VDF-TrFE)的晶相、電極化強度和介電、鐵電性、壓電性能之間的關係，結果表明，發現在TrFE不同摩爾含量的P(VDF-TrFE)中，氫化製備的與直接共聚樣品在相結構和電性能上具有類似的屬性。綜上所述，圓滿完成了本課題涉及的研究任務。考慮到氫化P(VDF-TrFE)合成步驟的方便性、製備過程的環保性和豐富低成本的原材料，氫化P(VDF-TrFE) 可以取代傳統的P(VDF-TrFE)和PVDF，壓電元件領域有廣闊的前景。
