改性BaTiO3/PVDF复合压电薄膜的制备与介电性能研究

论文摘要

高介电常数的陶瓷／聚合物基复合材料具有聚合物低的加工温度和柔韧性等优点，在电工和电子工业领域有着广泛的应用前景，可以用来制作具有任意形状的电容器的介质材料。而电子器件小型化、多功能化的发展趋势要求电介质材料具有尽可能高的介电常数，因此提高陶瓷／聚合物复合材料的介电常数具有重要意义。本论文以稀土改性后的BaTiO3作为填料，以高聚物PVDF作为基体，研究了BaTiO3的制备、显微结构、介电性能等问题，并探讨了BaTiO3／PVDF复合薄膜的介电性能。分别采用溶胶-凝胶法、共沉淀法制备了钛酸钡粉体，并对所合成的粉体进行了TG-DSC、FT-IR、XRD、SEM表征，制陶后测定其性能。结果发现：溶胶-凝胶法制备出的粉体粒径小，分布均匀；共沉淀法操作简单，无毒，且产率高。用溶胶-凝胶法和共沉淀法均可以制备出粒径在纳米级的立方钙钛矿结构BaTiO3粉体，SEM照片显示粉体均发生团聚。稀土掺杂没有使BaTiO3纳米晶体在烧结过程中偏析出杂质，也没有改变其立方钙钛矿结构造成BaTiO3发生晶格畸变。三种稀土（La、Ce、Dy）改性粉体制陶后发现掺杂Ce的BaTiO3陶瓷介电性能改善最为明显，在摩尔分数0.4％处相对介电常数ε达到最大值1250左右：当La2O3添加量为0.6％时，介电常数得到最大为460左右，且损耗因子为0.045。Dy2O3掺杂量为1.2％时介电常数最大即650,介电损耗此时也很小，只有0.03。三种改性BaTiO3／PVDF复合薄膜的介电性能均比纯PVDF薄膜优良，其中经过Dy改性后的BaTiO3／PVDF薄膜的性能最为优良（ε≈143），其次是La改性的薄膜（ε≈130），最后是Ce（ε≈112）。复合材料的介电常数和介电损耗随着BaTiO3含量的增大而增大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 压电材料的发展
• 1.1.2 压电效应原理
• 1.1.3 压电材料的应用
• 1.2 压电陶瓷
• 1.2.1 压电陶瓷简述
• 1.2.2 压电陶瓷钛酸钡的制备方法
• 1.2.3 纳米钛酸钡的掺杂改性和发展方向
• 1.3 压电复合材料概述
• 1.4 压电材料性能表征
• 1.4.1 介电常数
• 1.4.2 介电损耗
• 1.4.3 机械品质因数
• 1.4.4 压电性
• 1.4.5 热电性
• 1.4.6 铁电性
• 1.5 本课题研究的目的、意义及主要工作内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 实验试剂及设备
• 2.2 改性钛酸钡陶瓷的制备
• 3+钛酸钡纳米粉体'>2.2.1 Sol-gel法制备掺杂La³⁺钛酸钡纳米粉体
• 3+钛酸钡纳米粉体'>2.2.2 Sol-gel法制备掺杂Ce³⁺钛酸钡纳米粉体
• 3+钛酸钡纳米粉体 #2l'>2.2.3 共沉淀法制备掺杂Dy³⁺钛酸钡纳米粉体 #2l
• 2.2.4 制陶实验
• 3/PVDF压电薄膜制备'>2.3 改性BaTiO₃/PVDF压电薄膜制备
• 2.4 本章小结
• 3结构与介电性能研究'>第3章 改性BaTiO₃结构与介电性能研究
• 3.1 引言
• 3+钛酸钡结构及性能研究'>3.2 掺杂La³⁺钛酸钡结构及性能研究
• 3.2.1 TG-DSC结果分析
• 3.2.2 XRD结果分析
• 3.2.3 FT-IR结果分析
• 3.2.4 SEM结果分析
• 3.2.5 介电性能结果分析
• 3+钛酸钡结构及性能研究'>3.3 掺杂Ce³⁺钛酸钡结构及性能研究
• 3.3.1 TG-DSC结果分析
• 3.3.2 XRD结果分析
• 3.3.3 FT-IR结果分析
• 3.3.4 SEM结果分析
• 3.3.5 介电性能结果分析
• 3+钛酸钡结构及性能研究'>3.4 掺杂Dy³⁺钛酸钡结构及性能研究
• 3.4.1 XRD结果分析
• 3.4.2 SEM结果分析
• 3.4.3 介电性能结果分析
• 3.5 本章小结
• 3/PVDF压电薄膜介电性能研究'>第4章 改性BaTiO₃/PVDF压电薄膜介电性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 纯PVDF薄膜介电性能研究
• 3/PVDF薄膜介电性能研究'>4.3 La改性BaTiO₃/PVDF薄膜介电性能研究
• /PVDF薄膜介电性能研究'>4.4 Ce改性BaTiO^/PVDF薄膜介电性能研究
• 3/PVDF薄膜介电性能研究'>4.5 Dy改性BaTiO₃/PVDF薄膜介电性能研究
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢