PP孔洞膜和PEN非孔洞膜的驻极体性质

论文摘要

本文以近年来发展起来的具有不同结构特征（孔洞型和非孔洞型）的两种新型空间电荷铁电驻极体材料PP孔洞膜和PEN（非孔洞）膜为研究对象，系统的研究了这类驻极体材料的电荷储存和电荷动态特性；它们分别具有的突出机电（尤其是压电）特性，和电荷储存能力及其热稳定性。 从孔洞结构的理论模型出发，导出了在特定气体环境中PP孔洞膜的压电d33系数公式。利用压力膨化技术处理了几种商用PP孔洞膜（德国Trespaphan公司产EUH75和SHD50型，国产PQ50型），和膨化前的样品相比，它们的压电性提高了一个量级以上。在此基础上，本文研究了进一步改善经压力膨化后PP孔洞膜的压电性的途径：首次实现了在高介电强度气体环境中对不同孔度PP孔洞膜的处理和电晕充电，明显地增强其压电活性；例如通过不同的技术途径，利用在SF6中的电晕充电，使不同孔度的EUH75和SHD50孔洞膜压电性明显加强；而利用接触法对较低孔度的PP膜充电，因大大提高了样品的极化电场，使压电性得到更大的提高；论文还讨论和分析了形成上述各种规律的物理机制，解释了其改性根源。 通过对介电谐振谱和热刺激放电谱的分析，深入地研究了压力膨化工艺后的热处理对PP孔洞膜的机电性质的影响：在从室温至PP熔融温区内，压力膨化工艺处理后PP孔洞膜的厚度随着热处理温度的升高而逐渐增大，并伴随着谐振频率的逐渐降低；然而热处理温度对样品的机电性质的影响具有显著不同的规律，在热处理的特征温度Tc附近极化样品不仅能捕获更高的电荷密度，而且具有最低的弹性模量，从而呈现最优化的压电性。以国产的PQ50孔洞膜为例：随着热处理温度的升高，其谐振频率从794迁移到371kHz；以Tc=90℃进行热处理，PQ50孔洞膜的弹性模量和机电耦合系数分别出现谷值和峰值，和压电d33系数达到377pC／N的最大

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 驻极体材料的基本效应
• 1.3 驻极体的主要研究方法
• 1.3.1 样品的极化和表面电位的测量
• 1.3.2 热刺激放电
• 1.3.3 电荷重心的测量
• 1.3.4 压电系数的测量
• 1.4 聚丙烯（Polypropylene）孔洞驻极体压电薄膜的研究进展
• 1.4.1 PP孔洞原生膜的制备及压力膨化处理
• 1.4.2 PP孔洞膜的极化
• 1.4.3 PP孔洞膜的突出压电活性
• 1.4.4 PP孔洞膜的可能应用
• 1.5 非孔洞型聚萘二甲酸乙二酯（PEN）薄膜的研究进展
• 1.5.1 PEN薄膜的性能
• 1.5.2 PEN薄膜的应用
• 1.3 选题背景与目的
• 参考文献
• 第二章 压力膨化后PP孔洞膜驻极体的压电性及其热稳定性
• 2.1 PP孔洞膜驻极体的结构及其压电理论模型
• 2.1.1 PP孔洞膜短路条件下的压电模型
• 2.1.2 PP孔洞膜接触法充电过程中的压电模型
• 2.2 压力膨化处理对EUH75和SHD50薄膜厚度的影响
• 2.3 压力膨化处理后的EUH75和SHD50孔洞膜的压电性
• 33系数随样品厚度的关系'>2.3.1 EUH75和SHD50的压电d₃₃系数随样品厚度的关系
• 33数随电晕电压的关系'>2.3.2 EUH75和SHD50的压电d₃₃数随电晕电压的关系
• 33系数随频率的关系'>2.3.3 EUH75和SHD50孔洞膜的逆压电d₃₃系数随频率的关系
• 33系数的稳定性'>2.3.4 EUH75和SHD50的压电d₃₃系数的稳定性
• 2.3.5 充电方法对PP孔洞膜压电性的影响
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 六氟化硫气体环境中充电对不同结构PP孔洞膜压电性的影响
• 3.1 EUH75和SHD50孔洞膜的微结构分析
• 6环境中的电晕充电对EUH75和SHD50压电性的影响'>3.2 在SF₆环境中的电晕充电对EUH75和SHD50压电性的影响
• 6环境中储存时EUH75和SHD50孔洞膜厚度的变化'>3.3 在SF₆环境中储存时EUH75和SHD50孔洞膜厚度的变化
• 6处理后EUH75和SHD50孔洞膜的压电性'>3.4 经SF₆处理后EUH75和SHD50孔洞膜的压电性
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 压力膨化后的热处理温度对PQ50孔洞膜驻极体机电性质的影响
• 4.1 压力膨化前后PQ50孔洞膜机电性质对比
• 4.2 压力膨化后的热处理温度对PQ50孔洞膜驻极体机电参数的影响
• 4.2.1 对PQ50孔洞膜的厚度及相对介电常数的影响
• 4.2.2 对PQ50孔洞膜的谐振频率及机电耦合系数的影响
• 33系数的影响'>4.2.3 对PQ50孔洞膜的杨氏模量及压电d₃₃系数的影响
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 第五章 多层膜系的压电响应及PP孔洞膜压电性热稳定性的改善
• 5.1 多层结构PP孔洞膜系的制备及其灵敏度
• 5.1.1 经压力膨化处理后单层PQ50孔洞膜的压电性
• 5.1.2 多层结构PQ50孔洞膜系的制备
• 5.1.3 多层结构PQ50孔洞膜系的压电灵敏度
• 5.1.4 PQ50孔洞膜的逆压电效应
• 5.2 高温充电及常温充电后的高温老化对PQ50孔洞膜压电性的影响
• 5.2.1 高温充电及常温充电后高温热处理的PQ50孔洞膜铁电驻极体的压电性
• 5.2.2 高温充电及常温充电后的热处理对PQ50孔洞膜压电性热稳定性的影响
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 第六章 非孔洞型聚萘二甲酸乙二酯薄膜的空间电荷储存及其稳定性
• 6.1 不同环境条件下PEN薄膜驻极体的电荷储存
• 6.2 PEN和PET薄膜驻极体的开路TSD谱比较
• 6.3 高温充电的PEN薄膜驻极体的开路TSD电流谱
• 6.4 PEN薄膜驻极体中脱阱电荷的输运特性
• 6.5 空间电荷储存寿命的估算
• 6.6 本章小结
• 参考文献
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 个人简历
• 在读期间发表的学术论文
• 致谢