高介电常数PVDF/PZT/Terfenol-D复合材料的介电性能研究

以聚偏氟乙烯(PVDF)为聚合物基体,PZT为陶瓷相,稀土铁合金粒子Tedenol-D为添加组分,运用聚合物熔融压片法制备了聚合物体积含量为30%的0.3PVDF/(0.7-f)PZT/fTerfenol-D三相复合材料.研究了Tedenob-D的体积含量、频率对复合材料介电性能的影响.结果显示:Tedenol-D粒子的加入,可以提高0.3PVDF/0.7PZT复合材料的介电常数,PVDF/PZT/Terfenol-D复合材料具有介电常数高、介电损耗小的特点.     

0-3 PZT/PVDF 压电复合材料的制备及其性能

采用溶液混合法制备PZT/PVDF压电复合材料。首先用水热法制备出适合溶液混合的PZT陶瓷粉末,并根据陶瓷粉末对PVDF的吸收量,选择乙醇作为PVDF的溶剂进行混合,然后烘干制备PZT/PVDF复合粉末,再成型极化。实验结果表明,这种复合方法提高了PZT陶瓷颗粒在PVDF有机基体中的分散度,使材料内部均匀,结构致密,从而提高了PZT/PVDF压电复合材料的压电和介电性能。      

提高PVDF基有机-无机柔性复合膜储能密度的研究新进展

随着器件小型化与多功能化的蓬勃发展,柔性储能装置在电子电力系统中的地位日益突出,电介质电容器由于寿命长、功率密度高,深受人们青睐,但是低的储能密度阻碍其广泛应用.有机-无机复合材料将有机介质的柔韧性和高击穿场强与无机介质的高介电常数相结合,是柔性储能材料的一大关注焦点,特别是基于聚偏氟乙烯(PVDF)的有机-无机复合储能介质受到广泛关注.首先,就无机填料类型而言,PVDF基有机-无机复合介质中无机填料的种类有陶瓷粉体、半导体粉体与导体粉体.陶瓷粉体填料的介电常数高、损耗小,但是与PVDF的相容性差,一般需要通过表面改性来改善其与有机介质的相容性;半导体粉体与导体粉体作为PVDF的填料可以显著提升复合材料的介电常数,从而提升其储能密度,但是填料添加量略大容易形成导电通路致使介电储能材料制备失败.其次,就无机填料的形貌而言,同一种材料不同的形貌对复合材料的储能性能有不同影响.零维纳米颗粒在有机基质中易于形成均匀分散的体系,一般随纳米颗粒添加量的增加复合材料的储能密度有一极值,且填料颗粒尺寸减小更有利于电场均匀分布,从而可以进一步提高复合材料的击穿场强和储能密度;采用一维纳米纤维和二维纳米片填料有利于增强复合材料的极化、改变电场的击穿路径,从而增强复合材料的击穿强度,提高其储能密度.最后,采用层状结构设计对提高复合材料的储能密度和储能效率十分有效.单层结构的复合材料以牺牲其击穿强度来提高介电常数,储能密度的提升有限;双层、三层和多层结构将高介电常数的极化层和高击穿强度的绝缘层相堆叠,可同时实现高介电常数与高击穿强度,有效促进复合材料储能密度的提升.有机-无机复合储能材料的研究对解决柔性设备的储能问题十分重要,未来需要寻找更优的复合体系,降低成本,提高工艺可控性,开发适合大规模生产的工艺流程.     

PZT/PVDF压电复合材料的制备及性能

X射线衍射测试表明,用氧化物烧结法制备的PZT粉末,其Zr与Ti的原子比为52:48,为纯四方钙钛矿型结晶相;用模压/烧结工艺制备了六种含PZT不同体积分数的PZT/PVDF复合材料;介电性和压电性的测试表明,随着PZT体积分数的增加,材料的电性能参数呈非线性增大,当PZT的体积分数超过70%时,介电常数ε和压电常数d33值迅速增加,当PZT体积分数达到90%时,其电性能与纯PZT相当.     

PZT/P VDF 压电复合材料的制备及其性能研究

用氧化物一步合成法制备了PZT 粉末, X 射线衍射测试结果显示, 它是Zr/T i 为52∶48 的纯四方钙钛矿型结晶相, 并用SEM 观察了PZT 粉末的形貌; 用热分析仪测试了PVDF 的固化温度; 在自制模具上采用模压/烧结工艺获得了六种含PZT 不同体积含量的PZT/ PVDF 复合材料; 对其介电性和压电性的测试表明, 随着PZT体积含量的增加, 电性能参数呈非线性增大, 当PZT 的体积份数超过70% 时, 介电常数E和压电常数d₃₃值迅速增加, PZT 体积份数达到90% 时, 其电性能参数与纯PZT 值接近, 但此时复合材料的脆性较大, 已没有实用价值。     

多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯高介电常数复合材料的制备与性能

为制备具有高介电常数的复合材料,采用注射成型法制备了原始多壁碳纳米管(P-MWCNTs)/聚偏氟乙烯(PVDF)复合材料和石墨化多壁碳纳米管(G-MWCNTs)/PVDF复合材料。然后,对P-MWCNTs和G-MWCNTs进行了Raman光谱表征,对MWCNTs/PVDF复合材料进行了断面形貌、力学性能和电学性能测试。结果表明:G-MWCNTs比P-MWCNTs具有更高的纯度和结晶度,两种不同的MWCNTs都能均匀分散在PVDF基体中,添加MWCNTs会显著影响PVDF的力学行为。MWCNTs/PVDF复合材料的介电性能随MWCNTs含量的增加而提高,与P-MWCNTs相比,G-MWCNTs有效降低了复合材料的渗流阈值。当频率为100 Hz时,纯PVDF的介电常数为7.0;当P-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数为23.8;当G-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数高达105.0。注射成型法制备的MWCNTs/PVDF复合材料仍保持相对较低的电导率,进而导致复合材料的能量损耗较低,对电荷存储应用具有重要意义。     

PZT陶瓷/橡胶复合材料的压电性能

用PZT压电陶瓷粉末分散在无压电性的橡胶基体中制成压电复合材料。通过压电常数和介电常数测定、扫描电镜、介电谱等手段研究了有关因素对复合材料压电性能的影响。结果表明,复合材料的压电常数d₃₃随PZT体积含量φ和橡胶介电常数ε₁的增加而增大,随PZT介电常数ε₂的增加而减小,符合理论式 d₃₃=15φε₁d₃₃/(1-φ)(2+3φ)ε₂ 橡胶基体的极性基团、极性链节和交联健偶极的转向极化及分子链的柔性对复合材料的极化和压电常数有重要影响。橡胶的极性越大及分子链的柔性越高,则复合材料的压电常数d₃₃越高。      

压电陶瓷粒度分布对锆钛酸铅/聚偏氟乙烯复合材料电性能的影响

将不同粒度的锆钛酸铅(PZT)陶瓷粉进行复配,制成不同粒度分布的PZT陶瓷颗粒,然后与聚偏氟乙烯(PVDF)复合制备不同PZT粒度分布的PZT/PVDF复合材料,研究了复合材料的介电性能和压电性能。结果表明,当陶瓷颗粒体积分数高达70%时,双峰分布复合材料的压电系数可达75 pC·N-1。这是由于双峰分布复合材料中大陶瓷颗粒保持了完整的钙钛矿结构,小陶瓷颗粒填充在大颗粒之间,陶瓷颗粒彼此联接,形成了更多的电-力耦合通道,有效地实现了压电效应的传递。大陶瓷颗粒完整的钙钛矿结构以及大、小颗粒的协同堆砌效应,提高了PZT/PVDF复合材料的电性能。     

0-3型PZT/PVDF压电复合材料制备及性能研究

利用固相法制备了掺杂有Nb2O5的PZT95/5压电陶瓷,采用固化、冷等静压、溶液混合法制备0-3型PZT/PVDF压电复合材料,经过对这几种方法的分析、比较后发现溶液混合法制备的样品中PZT微粉的分散性要优于前两种制备方法;这几种制备方法中PVDF均有晶相转变,但没有较为明显的β相PVDF存在,对复合材料的电性能的影响不大.     

PZT陶瓷粉体及其PVDF压电复合材料的制备与性能

采用溶胶-凝胶法合成PZT压电陶瓷粉体,经XRD和SEM分析显示,陶瓷颗粒已形成了钙钛矿型结晶相,颗粒大小在0.1~1μm之间。采用溶液共混法将PZT粒子均匀分散于PVDF基体中,制备了PZT/PVDF压电复合材料。结果表明,增加PZT含量有利于复合材料压电性能的提高,当陶瓷体积分数达70%时,复合材料的压电常数最高。