PVDF及其电解质的结构和性能研究

论文摘要

作为有机新型功能材料,聚偏氟乙烯（PVDF）及其共聚物薄膜具有压电、热电、介电等多方面优异的性能,在传感器、致动器、锂电池和超级电容器等领域有着广泛的应用。本文采用水平流延法制备PVDF薄膜,利用X射线衍射仪、原子力显微镜、傅立叶红外光谱仪、电化学工作站等多种检测方法对薄膜的结构和性能进行检测,并对检测结果进行分析,得到了一些有创新意义的结果。首先,研究了不同衬底、退火时间、退火温度、增塑剂对PVDF薄膜结构的影响。研究发现,采用载玻片作为衬底时,薄膜为非晶态,衬底为导电玻璃（掺氟氧化锡）和单晶硅时,薄膜获得了良好的αα相结晶。随着退火时间的延长,材料的晶粒尺寸增加。在一定的温度范围内（80-120℃）,随着退火温度的升高,薄膜中αα相占总晶相的比例、薄膜表面粗糙度和介电常数减小。薄膜的晶粒大小随乙二醇加入量的增大先增大后减小。分析表明,聚合物与衬底表面原子基团之间的氢键作用不利于薄膜的晶化,80℃退火有利于PVDF的β相结晶,使材料介电常数增大。用CuPc对材料进行荧光探测发现,材料极性相的存在使CuPc分子荧光发射峰红移。其次,将CuPc与PVDF复合制备多孔电解质薄膜,对其电导率性能进行了检测,结果表明：电解质薄膜的电导率随CuPc体积分数的增大而升高,当CuPc体积分数为50%时,电解质膜的电导率达到了2.1×10-3S/M。从理论上分析了电导率增大的原因：较多的CuPc掺杂可以降低聚合物的结晶度,为锂离子的输运提供较多的通道,另外,较高的CuPc含量可以提高薄膜的介电常数,增大锂离子的离解率,从而提高电导率。然后,分别采用PEG2000和PEG6000作为增塑剂制备了聚合物电解质薄膜。结果表明,用分子量为2000的PEG作为增塑剂制备的电解质膜吸液率和电导率都高于PEG6000的薄膜。最后,制备了掺杂Ti02（P25）粉体的聚合物电解质隔膜,并分析了电解质膜的物理及电化学性能。实验结果表明：电解质薄膜的吸液率和电导率随Ti02质量分数的增大而增大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 PVDF的研究现状
• 1.2 PVDF的结构
• 1.3 PVDF的性能及应用
• 1.4 研究的意义
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 PVDF薄膜的制备与表征
• 2.1 试剂和原料
• 2.2 溶液流延法
• 2.3 薄膜结构和性能表征
• 2.3.1 XRD分析
• 2.3.2 红外光谱分析
• 2.3.3 荧光频谱分析
• 2.3.4 电化学交流阻抗分析
• 2.3.5 原子力显微分析（AFM）
• 2.3.6 介电性能分析
• 第三章 PVDF薄膜结晶行为及介电性能研究
• 3.1 衬底对PVDF结晶行为的影响
• 3.2 退火时间对PVDF结晶行为的影响
• 3.3 退火温度对PVDF结晶行为的影响
• 3.4 乙二醇对PVDF薄膜结构的影响
• 第四章 PVDF基聚合物电解质的电导率研究
• 4.1 固态电解质电导率的理论基础
• 4.2 CuPc改性PVDF聚合物电解质的研究
• 4.2.1 CuPc改性聚合物电解质膜的制备
• 4.2.2 CuPc改性对PVDF聚合物电解质结构及电导率的影响
• 4.3 聚乙二醇改性PVDF聚合物电解质的研究
• 4.3.1 聚乙二醇改性PVDF聚合物电解质膜的制备
• 4.3.2 聚乙二醇改性对PVDF聚合物电解质电导率的影响
• 2改性PVDF聚合物电解质的研究'>4.4 TiO₂改性PVDF聚合物电解质的研究
• 2改性PVDF聚合物电解质的制备'>4.4.1 TiO₂改性PVDF聚合物电解质的制备
• 2改性对PVDF聚合物电解质电导率的影响'>4.4.2 TiO₂改性对PVDF聚合物电解质电导率的影响
• 4.5 结论
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 今后工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的主要成果