论文题目: PZT/聚合物基压电复合材料结构与性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 刘晓芳
导师: 熊传溪
关键词: 聚合物压电复合材料,水声材料,压电性能,铁电性能,介电性能,声阻抗
文献来源: 武汉理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 具有良好柔韧性的压电复合材料因其兼有压电陶瓷和聚合物两相的优点,受到越来越多的关注。本文在分析压电复合材料研究现状的基础上,针对其在水声材料的应用,系统地研究了成型工艺、极化参数、压电陶瓷相、聚合物相以及聚合物掺杂等因素对0-3型复合材料的压电、介电、铁电性能和声阻抗的影响规律,揭示了极化的机制,确定了最佳的组分。我们发现锆钛酸铅/纳米晶聚氯乙烯（PZT/PVC）压电复合材料的综合性能优于传统上被认为最好的锆钛酸铅/聚偏氟乙烯（PZT/PVDF）压电复合材料,为水声探测器提供了一种全新的材料。 （1） 采用微波成型、热压机成型和冷压机成型三种成型工艺制备了PZT/PVDF压电复合材料,研究发现微波成型工艺制备的复合材料界面粘结最好,热压机成型工艺次之,冷压机成型工艺最差。其中微波成型工艺是在国内外首次采用,如果能解决设备问题,将在复合材料的制备上具有很大的应用前景。 （2） 通过极化工艺参数研究,发现极化电场强度、极化温度和极化时间都对复合材料的性能有较大的影响。对PZT/PVDF压电复合材料,适宜的极化时间为30min,极化温度为80～100℃,极化电压为10-15kV/mm。 （3） 随着陶瓷含量的增大,聚合物基压电复合材料的介电、压电和铁电性能都呈现非线性增大。当陶瓷含量到50%以后,0-3（1-3）混合连通形式的形成引起复合材料剩余极化强度的增大、矫顽场降低。同时,也造成复合材料密度ρ、声阻抗Z迅速增大。 （4） 随着陶瓷颗粒粒度的增大,复合材料的压电应变常数d33、介电常数εr、机电耦合系数Kp和Kt等增大,声阻抗和机械品质因素Qm降低,压电电场常数g33的基本不变。随着陶瓷粒度的增大,复合材料的剩余极化强度(Pr增高,矫顽场（Ec）降低,陶瓷相更易极化。陶瓷粒度高于325目后,容易加工成大面积的薄膜。陶瓷粒度均匀分布有利于提高复合材料的综合性能。 （5） 采用高温热处理PZT陶瓷粉末。DSC和XPS测试表明,高温热处理后,PZT陶瓷粉末表面能降低,晶粒表面微结构优化。经高温热处理后的PZT陶瓷粉末制备的复合材料相对密度高,颗粒分布均匀,复合材料的综合性能好,声阻抗基本不变。 （6） 选用了三种热塑性聚合物为基体,采用热压工艺制备了三个体系的PZT/
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 压电材料
1.2 压电陶瓷/聚合物复合材料的发展
1.3 0-3型压电复合材料结构与电性能
1.3.1 压电陶瓷相
1.3.2 聚合物基体
1.3.3 偶联剂
1.4 0-3型压电陶瓷/聚合物复合材料的制备与极化
1.4.1 制备工艺
1.4.2 极化
1.5 0-3型压电陶瓷/聚合物复合材料的应用
1.5.1 介电材料
1.5.2 水声材料
1.5.3 热释电材料
1.5.4 阻尼材料
1.6 本课题所研究的目的和意义
1.7 本课题主要研究的内容
第2章 压电复合材料的制备及表征
2.1 引言
2.2 压电复合材料的制备
2.3 压电复合材料的结构与性能表征
2.3.1 结构分析
2.3.2 性能测试及方法
2.4 成型工艺对复合材料结构和性能的影响
2.4.1 复合材料的成型工艺
2.4.2 成型工艺对复合材料结构的影响
2.4.3 成型工艺对复合材料性能的影响
2.5 复合材料的极化工艺对材料性能的影响
2.5.1 极化原理
2.5.2 极化工艺对压电性能的影响
2.6 本章小结
第3章 陶瓷相对压电复合材料体系的影响
3.1 压电陶瓷体积含量对复合材料性能的影响
3.1.1 PZT/PVDF复合材料的介电性能
3.1.2 PZT/PVDF复合材料的铁电性能
3.1.3 PZT/PVDF复合材料的压电性能
3.1.4 PZT/PVDF复合材料的声阻抗分析
3.2 压电陶瓷颗粒粒度对复合材料性能的影响
3.2.1 实验
3.2.2 具有不同陶瓷粒度复合材料的微观结构
3.2.3 陶瓷粒度对介电性能的影响
3.2.4 陶瓷粒度对压电性能的影响
3.2.5 陶瓷粒度对铁电性能的影响
3.2.6 陶瓷粒度对声阻抗的影响
3.3 陶瓷的热处理对复合材料性能的影响
3.3.1 热处理前后复合材料的结构
3.3.2 热处理对介电性能的影响
3.3.3 热处理对电导率的影响
3.3.4 热处理对压电性能的影响
3.3.5 热处理对铁电性能的影响
3.3.6 热处理对声阻抗的影响
3.4 小结
第4章 聚合物基体的影响
4.1 基体简介
4.1.1 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)
4.1.2 PVDF
4.1.3 结晶PVC微粉
4.2 聚合物基体对压电复合材料结构和性能的影响
4.2.1 聚合物基压电复合材料的结构
4.2.2 聚合物基体对PZT/聚合物介电性能的影响
4.2.3 聚合物基体对PZT/聚合物压电性能的影响
4.2.4 聚合物基体对PZT/聚合物铁电性能的影响
4.2.5 聚合物基体对PZT/聚合物声阻抗的影响
4.3 成型温度对复合材料0.5PZT/0.5PVC电性能的影响
4.3.1 0.5PZT/0.5PVC样品的制备
4.3.2 成型温度对0.5PZT/0.5PVC样品结构的影响
4.3.3 成型温度对材料介电性能的影响
4.3.4 成型温度对材料压电性能的影响
4.3.5 成型温度对材料铁电性能的影响
4.3.6 成型温度对材料声阻抗的影响
4.4 偶联剂对材料性能的影响
4.4.1 样品制备的实验条件
4.4.2 硅烷偶联剂对材料性能的影响
4.4.3 钛酸酯偶联剂对材料性能的影响
4.4.4 铝酸酯偶联剂对0.5PZT/0.5PVC压电复合材料性能的影响
4.5 小结
第5章 聚合物掺杂对复合材料性能的影响
5.1 引言
5.2 导电炭黑掺杂
5.2.1 导电炭黑的基本性质
5.2.2 复合材料的制备
5.2.3 导电炭黑掺杂的复合材料结构
5.2.4 导电炭黑含量对复合材料导电性能的影响
5.2.5 导电炭黑含量对复合材料介电性能的影响
5.2.6 导电炭黑的含量对复合材料铁电性能的影响
5.2.7 导电炭黑含量对复合材料压电性能的影响
5.2.8 导电炭黑含量对复合材料声阻抗的影响
5.3 PAn掺杂
5.3.1 PAn及其复合材料的制备
5.3.2 结构分析
5.3.3 聚苯胺含量对复合材料电导率的影响
5.3.4 聚苯胺含量对复合材料介电性能的影响
5.3.5 聚苯胺含量对复合材料压电性能的影响
5.3.6 聚苯胺含量对复合材料声阻抗的影响
5.4 小结
第6章 结论
攻读博士学位期间发表论文
致谢
发布时间: 2006-06-28
参考文献
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