论文题目: 压电陶瓷/聚合物复合材料薄膜的极化与性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 徐任信
导师: 陈文
关键词: 压电复合材料薄膜,石墨,聚苯胺,原位聚合,极化,介电性能,压电性能
文献来源: 武汉理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 0-3型压电陶瓷／聚合物复合材料薄膜广泛应用于传感器、超声医学成像仪、水声换能器、微机电系统和结构健康监控系统等领域。然而，由于聚合物具有较低的极化性能，0-3型压电复合材料薄膜的极化比较困难，因而不易得到压电性能优异的体系。提高0-3型压电复合材料薄膜极化性能的有效途径之一就是提高聚合物基体的介电常数和电导率。本论文选择石墨和聚苯胺(PANI)作为改性剂添加到0-3型PZT／聚合物复合材料中，运用热压和涂覆工艺制备了压电薄膜。研究了石墨和PANI对0-3型压电复合材料薄膜的结构、极化和电学性能的影响以及复合材料组成、结构、性能之间的关系。 石墨对0-3型PZT／PVDF压电复合材料薄膜的相态和微观结构影响不大，石墨与聚合物基体存在较明显的相分离。适当含量的石墨可以迅速提高聚合物基体的介电常数，PZT／PVDF压电薄膜的极化性能迅速上升：当石墨体积含量为0.8％时，压电薄膜极化样品的XRD图谱中(002)衍射峰的相对强度和P-E曲线上表现的剩余极化达到最高。随着石墨含量的增大，改性0-3型PZT／PVDF薄膜的介电常数、介电损耗迅速升高。对PZT体积含量为50％的压电薄膜，其压电应变系数、平面机电耦合系数随石墨含量的增大而上升，而机械品质因数下降。石墨含量约为0.8％时，由于复合材料的极化性能最佳，三者达到极值。与未改性样品相比，0.8％石墨改性的压电薄膜的压电系数增大了近50％。 PANI能够影响0-3型PZT／PVDF压电复合材料薄膜的相态和微观结构，一定用量PANI的加入可以提高PVDF基体的结晶程度，PANI与PVDF的界面状态优于石墨改性的PVDF基体。适量PANI的加入可以迅速增大聚合物基体的介电常数，从而提高改性压电薄膜的极化能力。当PANI体积含量为5％时，压电薄膜极化样品XRD谱的(002)衍射峰相对强度和材料的剩余极化达到最高。随着PANI含量的增大，改性0-3型PZT／PVDF薄膜的介电常数、介电损耗迅速上升。对PZT体积含量为50％的压电薄膜，其压电应变系数、平面机电耦合系数随PANI含量的增大而上升，而机械品质因数下降。PANI含量约为4～5％时，由于复合材料的极化性能最佳，三者达到极值。与未改性样品相比，5％PANI改性的压电薄膜的压电系数增大了近80％。 PANI原位聚合改性的聚氨酯(PU)薄膜以及PANI改性0-3型PZT／PU压电复合材料薄膜的结构均匀、界面结合良好，其介电常数随PANI含量的增加迅速升高，从而增大了改性压电薄膜的极化能力。改性压电薄膜极化样
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 压电材料基础
1.2 压电复合材料
1.3 0-3型压电复合材料的研究现状及存在的问题
1.3.1 0-3型压电复合材料的研究现状
1.3.2 0-3型压电复合材料存在的问题
1.4 本论文思路及内容
第2章 0-3型压电复合材料薄膜的制备与表征
2.1 0-3型压电复合材料体系的选择
2.1.1 压电陶瓷颗粒的选择与制备
2.1.2 聚合物基体的选择与制备
2.1.3 导电材料的选择与制备
2.2 0-3型压电复合材料薄膜的制备
2.2.1 石墨改性压电复合材料薄膜的制备
2.2.2 聚苯胺改性压电复合材料薄膜的制备
2.3 0-3型压电复合材料薄膜的表征
2.3.1 复合材料薄膜的结构表征
2.3.2 复合材料薄膜极化性能测试
2.3.3 复合材料薄膜电学性能测试
2.4 本章小结
第3章 0-3型压电复合材料薄膜的结构
3.1 导电材料改性聚合物薄膜的相结构
3.2 导电材料改性聚合物薄膜的显微结构
3.2.1 石墨改性PVDF薄膜的显微结构
3.2.2 聚苯胺改性PVDF薄膜的显微结构
3.2.3 聚苯胺改性聚氨酯薄膜的显微结构
3.3 0-3型压电复合材料的相结构
3.4 0-3型压电复合材料的显微结构
3.5 本章小结
第4章 0-3型压电复合材料薄膜的极化特性
4.1 0-3型压电复合材料中陶瓷颗粒上的电场分布
4.1.1 聚合物介电常数对陶瓷颗粒分布电场的影响
4.1.2 聚合物电导率对陶瓷颗粒分布电场的影响
4.2 导电材料改性聚合物薄膜的电性能
4.2.1 石墨改性PVDF薄膜的电性能
4.2.2 聚苯胺改性PVDF薄膜的电性能
4.2.3 聚苯胺改性聚氨酯薄膜的电性能
4.3 改性0-3型压电复合材料薄膜的XRD分析
4.3.1 石墨改性0-3型PZT／PVDF薄膜的XRD分析
4.3.2 聚苯胺改性0-3型PZT／PVDF薄膜的XRD分析
4.3.3 聚苯胺改性0-3型PZT／PU薄膜的XRD分析
4.4 改性0-3型压电复合材料薄膜的电滞回线分析
4.4.1 石墨改性0-3型PZT／PVDF薄膜的电滞回线
4.4.2 聚苯胺改性0-3型PZT／PVDF薄膜的电滞回线
4.4.3 聚苯胺改性0-3型PZT／PU薄膜的电滞回线
4.5 本章小结
第5章 0-3型压电复合材料薄膜的电性能
5.1 改性0-3型压电复合材料薄膜的介电性能
5.1.1 导电材料对压电复合材料薄膜的介电性能影响
5.1.2 改性0-3型压电复合材料薄膜的介电性能与频率的关系
5.1.3 改性0-3型压电复合材料薄膜的介电常数与温度的关系
5.2 改性0-3型压电复合材料薄膜的压电性能
5.2.1 0-3型压电复合材料薄膜的压电系数
5.2.2 0-3型压电复合材料薄膜的机电耦合系数
5.2.3 0-3型压电复合材料薄膜的机械品质因数
5.3 本章小结
第6章 主要结论
参考文献
附录1 博士论文期间已发表和即将发表的论文
附录2 博士论文期间参与的科研项目
附录3 博士论文期间参加的学术会议
致谢
发布时间: 2006-11-09
参考文献
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