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《聚丙烯孔洞型铁电驻极体薄膜的压电性研究(2).pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、1910功能材料2006年第12期(37)卷*聚丙烯孔洞型铁电驻极体薄膜的压电性研究张晓青,王飞鹏,黄金峰,夏钟福,沈军,周斌,安振连(同济大学波耳固体物理研究所,上海200092)摘要:利用准静态法和激光干涉法测量正、逆压电特性、频响特性以及热稳定性等综合性能均有特定的d33系数,研究了经压力膨化处理的聚丙烯孔洞型铁电要求。因此,对这类新型功能材料制备参数的优化,以驻极体薄膜压电系数的压强和频率特性及其热稳定及材料综合性能的研究具有重要意义。性。结果表明,聚丙烯薄膜经压力膨化处理
2、后,其压电本文通过优化的压力膨化处理和电极化工艺制备性能改善的原因是:压力膨化处理既能有效地降低孔出具有高压电活性的聚丙烯孔洞铁电驻极体膜,研究洞膜的弹性模量Y,又能增强其储电能力。聚丙烯孔了其压电d33系数与膜厚的关系,以及d33系数随压强洞膜的压电d33系数在激励信号压强为0.2~4kPa的和频率变化的动态特性及其热稳定性。范围内基本保持恒定,但当其值高于4kPa时,d33系数2实验出现了明显的下降。聚丙烯孔洞膜的压电d33系数随频率上升而下降(即从0.001Hz时的1200pC/N降低
3、实验中的压力膨化处理是将商用VHD50薄膜到其机械共振频率附近时的350pC/N),是与材料的(图1,它们的厚度和面积密度分别为50m和0.0292弹性模量Y随频率的上升而增加直接相关。对不同工kg/m)放置在压力为1.5MPa的氮气的高压釜内储艺参数制备的样品,其机械共振频率位于150~存3h,将该高压釜放入50~180的恒温箱中处理400kHz范围内。实验结果还表明:聚丙烯孔洞膜的压1h,随即将釜内压力迅速降至环境气压并取出样品冷[13]电d33系数的热稳定性与非孔洞型聚丙烯驻极体薄膜却
4、至室温。接着对样品实施栅控电晕充电:电晕电的电荷储存热稳定性相近。压Vp=32kV,针栅间距dp-g=7cm,充电时间t=关键词:聚丙烯孔洞铁电驻极体;压电性;压力膨化60s,最后样品被双面蒸镀厚度约50nm的铝电极。处理中图分类号:O484.4文献标识码:A文章编号:10019731(2006)121910041引言由于聚丙烯孔洞结构材料(cellularPP)具有廉[1]价、低密度和优良的机械性能,它们已被广泛地用作保温、包装、电绝缘以及隔音材料等。上世纪末,人们发现并证明了
5、这类孔洞材料特别是膜材经过合理的电极化,可能具有明显高于传统铁电聚合物(如PVDF图1VHD50薄膜的结构示意图及其共聚物)的压电活性和呈现上述铁电聚合物的电Fig1StructureofVHD50film[2~9]滞回线,由于这类材料兼有铁电材料和驻极体的准静态压电d33系数的测量是利用砝码对样品加特点,因此被命名为铁电驻极体(ferroelectret),它们载一定的静压力,借助静电计监测样品两电极间电荷的压电性是源于材料内特殊的孔洞结构和沉积在该孔量的变化,以计算出样品的压电d33系
6、数。同时利用快洞相对两壁上相反极性的空间电荷(宏观电偶极子,速傅利叶变换(FFT),从测定的电荷量与加载的静压macroscopydipoles)。铁电驻极体不仅具有较高的压力的时间谱获得0.001~2Hz频段内的压电系数频率[5,7,8,10,11]电活,而且拥有聚合物的柔顺性,可大面积成谱。动态压电d33系数的测量则是在样品两电极间加膜、低成本、低介电常数以及与空气和水相匹配的低声载交变激励电压信号,用激光干涉仪测量薄膜在激励阻抗等突出特性,因此铁电驻极体在通信、噪声控制、电信号下的振动振幅
7、,计算出逆压电d33系数,得到了无损检测、医疗、保安电声设备及军事领域等具有广阔2Hz~300kHz频段内的压电系数频率谱。[12]的应用前景。由于在铁电驻极体的许多应用中,不压电d33系数热稳定性的研究则是将样品储存在仅要求材料具有较高的压电活性,而且对材料的压强不同温度的恒温箱中,测量其压电d33系数的衰减。*基金项目:国家自然科学基金资助项目(50503018);上海市自然科学基金资助项目(05ZR14125)收到初稿日期:20060605收到修改稿日期:20060822通讯作者:
8、张晓青作者简介:张晓青(1972-),女,陕西西安人,副研究员,博士,主要从事功能电介质及其应用的研究。张晓青等:聚丙烯孔洞型铁电驻极体薄膜的压电性研究19113结果与讨论3.1压力膨化工艺参数对PP孔洞膜的膜厚和压电活性的影响[14]聚丙烯孔洞膜膜厚的变化和压电活性的改善与压力膨化工艺参数的调控密切相关。图2是样品经膨化后的膜厚与膨化处理的温度和膨化后的储存时间的关系,其中,t0为膨化膜在室温下的储存时间。每一数据点是3个样品的平均值。结果表明,膨化温度的图3经140膨化的VHD50
