聚丙烯孔洞型铁电驻极体薄膜的压电性研究

利用准静态法和激光干涉法测量正、逆压电d33系数,研究了经压力膨化处理的聚丙烯孔洞型铁电驻极体薄膜压电系数的压强和频率特性及其热稳定性.结果表明,聚丙烯薄膜经压力膨化处理后,其压电性能改善的原因是:压力膨化处理既能有效地降低孔洞膜的弹性模量Y,又能增强其储电能力.聚丙烯孔洞膜的压电d33系数在激励信号压强为0.2～4kPa的范围内基本保持恒定,但当其值高于4kPa时,d33系数出现了明显的下降.聚丙烯孔洞膜的压电d33系数随频率上升而下降(即从0.001Hz时的1200pC/N降低到其机械共振频率附近时的350pC/N),是与材料的弹性模量Y随频率的上升而增加直接相关.对不同工艺参数制备的样品,其机械共振频率位于150～400kHz范围内.实验结果还表明:聚丙烯孔洞膜的压电d33系数的热稳定性与非孔洞型聚丙烯驻极体薄膜的电荷储存热稳定性相近.     

压力膨化处理和充电方法对PP蜂窝膜压电性的影响

以压力膨化技术处理改性商用SHD50型聚丙烯蜂窝膜(PP Cellular),它们的压电 d33 系数可达193pC/N,比未经处理的样品提高了约 2 个数量级。利用点电晕充电,接触法充电和动态压电 d33系数测量研究了上述2种不同充电方法对 SHD50 膜压电性的影响。     

孔洞结构聚丙烯铁电驻极体薄膜的压电性研究

为了提高孔洞结构聚丙烯(cellular PP)铁电驻极体的压电性能,采用高压气体膨化技术对材料进行了改性处理,并利用准静态和干涉仪测量方法,对经处理的cellular PP铁电驻极体薄膜的压电效应进行了研究.结果表明:气体膨化工艺能够明显提高cellular PP铁电驻极体薄膜的压电活性:这种突出的压电活性源干膨化膜杨氏模量Y的降低和电极化能力的提高;压电系数d33随频率的增加呈现下降趋势:从0.01 Hz下的1200 pC/N降低到共振频率附近的350 pC/N;对于不同参数处理的样品,它们的共振频率在150～400 kHz;大多数样品的d33在0.2～10 kPa的范围内没有明显的变化,但是高于10 kPa,d33随之下降;cellular PP铁电驻极体薄膜d33的热稳定性与非孔洞型PP驻极体薄膜的电荷储存热稳定性相当.     

经二次膨化工艺优化的孔洞结构聚丙烯薄膜的压电性

报道了提高孔洞结构压电驻极体膜压电活性的新方法。该方法是在对已膨化处理的压电驻极体薄膜再进行一次膨化处理,通过调节薄膜的力学性能来进一步优化材料的压电活性。结果表明,将聚丙烯（PP）压电驻极体薄膜进行二次膨化处理后,其压电活性比一次膨化的PP薄膜提高约40％。这是因为薄膜在真空蒸镀电极过程中导致的厚度减小能够通过二次膨化工艺得到恢复,而厚度的增加可以有效地降低材料的杨氏模量,从而使薄膜的压电系数d33增加;两次膨化温度对压电系数d33均有影响,并且相互联系;通过选择合理的一次和二次膨化工艺参数（例如100℃和45℃）能够获得稳定的高压电系数压电驻极体膜。     

微结构PDMS压电俘能器设计与特性研究

设计了一种具有三明治结构的微结构驻极体膜,采用旋涂、"软刻蚀"等工艺,结合氧等离子体键合、恒压电晕放电技术,以铜网作为电极,摸索出完整的工艺流程,制作了基于微结构PDMS驻极体的柔性压电俘能器。测量了驻极体膜的压电系数以及力-电特性。结果显示,微结构PDMS压电俘能器的压电系数(d33)为25pC/N;在5N周期性压力下,最大能够产生1.98Vpp的开路电压;驻极体膜的谐振频率为32Hz,且产生的电压与受到的压力呈线性关系。     

聚丙烯孔洞驻极体薄膜的突出压电活性及其应用研究

聚丙烯(PP)孔洞膜可呈现高达1000pC/N的准静态压电d33系数,是久负盛名的铁电聚合物PVDF相应系数的50倍以上,可和压电陶瓷相媲美.基于国内外最新研究成果,综述了PP孔洞膜的制备技术、极化方法、压电活性以及可能的应用前景.     

PVDF/PTFE双层复合驻极体膜的制备及压电性

基于利用PTFE优异的电荷储存性能，诱导和稳定PVDFβ相的形成以提高复合材料的压电性的思想，采用旋涂工艺和电晕放电方法制备了PVDF/PTFE复合驻极体压电膜，借助压电系数和表面电位测量相结合的方法，研究了制备工艺对复合膜驻极体性能的影响，并结合XRD衍射分析，研究了结晶形态与压电性的关系．结果表明复合膜d33压电系数最高达75pC/N，明显优于PVDF单层膜，其原因与复合膜电荷存储能力的提高及复合膜PVDF微晶中β相含量的增加有关．     

多孔PTFE/P(VDF-HFP)复合膜的驻极体性质

通过栅控恒压负电晕充电、等温表面电位衰减测量、热刺激放电(Thermally Stimulated Discharge,TSD)电流谱分析、电荷TSD和压电d33系数测量等方法,首次研究了将旋涂在基片上的含一定溶剂的聚偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物(P(VDF-HFP))薄膜与多孔聚四氟乙烯薄膜均匀压合形成的多孔PTFE/P(VDF-HFP)双层复合膜系的驻极体性质.从多孔PTFE面充电的双层膜具有较从P(VDF-HFP)面充电优异的多的电荷热稳定性.使用介电谐振谱测量的双层膜的压电d33系数(31pC/N)是传统的铁电聚合物材料PVDF相应值(15 pC/N)的2倍左右.     

辐照交联聚丙烯压电功能膜的机电性能

研究了基于辐照交联聚丙烯（XPP）的压电驻极体功能膜的机电性能。利用介电谐振谱测定了XPP膜的弹性模量;通过准静态方法测量了该功能膜的压电系数d33及其压强特性曲线;对压电相应的时域谱进行了分析;最后讨论了该功能膜的力学疲劳特性。结果表明XPP压电驻极体膜的弹性模量为1.3MPa,压电系数d33在10～100kPa的压强范围内都具有良好的线性度;时域谱揭示了XPP膜的粘流特性;XPP膜的输出电压和压力呈现良好的线性关系;经历60万次的循环力载荷,压电系数d33没有明显的变化。     

排列–浇铸法制备柔性压电纤维复合驱动器

设计了该压电纤维复合驱动器的结构,包括叉指电极板、粘结层和压电纤维复合层三部分。采用排列–浇铸法制备了柔性的层状压电纤维复合驱动器。测试了铌锌锆钛酸铅(PZN-PZT)陶瓷的电学性能及力学性能,理论推导了压电纤维复合材料的压电性能,并采用基于LabVIEW的动态应变系统测试了驱动器的应变性能。结果表明,PZN-PZT陶瓷的压电常数d33为520 pC/N,居里温度Tc为320℃,弹性柔顺系数s33为20.5×10–12m2/N。压电纤维复合材料的理论压电常数d33为509 pC/N,d31为–156 pC/N。在300 V正弦交变电压作用下,驱动器可以产生100με的纵向应变和58με的横向应变,即纵横向伸缩分别可达3.6和1.7μm,说明该驱动器具有较高的机电性能。     

Piezoelectricity of single- and multi-layer cellular polypropylene film electrets

The piezoelectricity of a pressure-treated cellular polypropylene (PP) (commercially available, trade name PQ50) film electret was studied by the measurement of direct- and inverse-piezoelectric d₃₃ coefficient. The sample expanded with optimal parameters has a quasi-static piezoelectric d₃₃ coefficient of more than 600 pC/N, which is about 40 times as high as that of polyvinylidene fluoride (PVDF). In addition, the hybrid multi-layer system, which properly combines single-layer cellular PP film electrets, shows a quasi-static piezoelectric sensitivity of as high as 2010 pC/N. This is around three times higher than that of well-known lead zirconate titanate (PZT) ceramics. The results are theoretically and technically helpful to promote the application of cellular PP film electrets.     

Piezoelectricity of single-and multi-layer cellular polypropylene film electrets

The piezoelectricity of a pressure-treated cellular polypropylene (PP) (commercially available, trade name PQ50) film electret was studied by the measurement of direct-and inverse-piezoelectric d ₃₃ coefficient. The sample expanded with optimal parameters has a quasi-static piezoelectric d ₃₃ coefficient of more than 600 pC/N, which is about 40 times as high as that of polyvinylidene fluoride (PVDF). In addition, the hybrid multi-layer system, which properly combines single-layer cellular PP film electrets, shows a quasi-static piezoelectric sensitivity of as high as 2010 pC/N. This is around three times higher than that of well-known lead zirconate titanate (PZT) ceramics. The results are theoretically and technically helpful to promote the application of cellular PP film electrets. Translated from Journal of Functional Materials, 2006, 37(2): 207–209 [译自: 功能材料]     

温度和湿度对聚四氟乙烯多孔驻极体膜压电活性稳定性的影响

研究了具有开放性孔洞的聚四氟乙烯(voided polytetrafluoroethylene,PTFE)多孔膜和PP蜂窝膜(polypropylene cellular)的驻极体行为和压电活性的温度效应。研究结果指出：和PP蜂窝膜驻极体相比．PTFE多孔膜驻极体呈现出突出的电荷储存和压电活性的温度稳定性;研究了这类稳定性的驻极体和材料的结构根源。PTFE多孔薄膜驻板体这种压电活性的温度稳定性主要依赖于这类驻极体材料电荷储存及材料的本征性能(如力学性质等)的温度稳定性。实验结果还说明：PTFE多孔膜突出的压电系数温度稳定性使它大大扩展了以包括PP在内的空间电荷型多孔膜研制的压电功能元器件的耐温要求。本文还讨论了环境因素(如相对湿度)对这类功能膜压电活性的影响,分析了环境湿度对压电活性影响的结构根源。     

锰掺杂对(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-LiNbO_3压电陶瓷结构和性能的影响

采用传统陶瓷制备工艺制备了(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-LiNbO_3-xMnO_2压电陶瓷,分析了陶瓷样品的微观组织结构.实验结果表明,随MnO_2掺杂量的增多,陶瓷由四方相转变为正交相,晶粒的均匀性下降并生成K_3LiNb_6O_(17)相.研究了MnO_2不同掺杂量对陶瓷压电性能的影响.结果表明,随锰掺杂量的增加,材料逐渐变"硬",机电耦合系数k_p和压电常数d_(33)逐渐减小,同时Q_m逐渐增大;当MnO_2含量为0.8%(质量分数)时,陶瓷的机械品质因数达到最大,此时陶瓷的压电性能为:k_p=0.34,k_t=0.43,d_(33)=110pC/N,Q_m=401.3.     

Performance enhancements in poly(vinylidene fluoride)-based piezoelectric films prepared by the extrusion-casting process

The extrusion-casting process can realize large-area and continuous preparation of polymer-based films. In this paper, five different types of polyvinylidene fluoride (PVDF)-based piezoelectric films: PVDF, PVDF/PZT, PVDF/PZT@105, PVDF/PZT/BNNS and PVDF/PZT@105/BNNS were prepared by the extrusion-casting process. The mechanical, dielectric, thermal conductivity and piezoelectric properties were studied. It is found that PZT particles can well improve the dielectric performance and also the mechanical stability under variable temperature conditions. PZT powders modified by titanate coupling reagent (UP-105) can further improve the performance of the PVDF/PZT@105 films by improving the combination and dispersion of organic and inorganic phases. The addition of boron nitride nanosheets (BNNS) can improve the thermal conductivity of the films and the breakdown strength. The piezoelectric coefficient (d₃₃) of PVDF/PZT@105/BNNS composite film can reach 21pC/N, compared with the neat PVDF film (4pC/N) and PZT/PVDF (9pC/N) film realizing great improvement.

     

无铅压电陶瓷K0.5Na0.5NbO3-BiFeO3的烧结工艺与压电性能研究

采用传统常压固相烧结工艺制备了掺杂0.8at%BiFeO₃(BF)的K_0.5Na_0.5NbO₃(KNN) 无铅压电陶瓷,着重研究了烧结温度与保温时间对陶瓷的晶体结构、相转变、致密度与压电、介电性能的影响. 研究结果表明, 所有陶瓷样品都为单一的钙钛矿结构, 烧结温度与保温时间对陶瓷样品的室温晶体结构与相转变温度几乎没有影响, 但对陶瓷的表面形貌、密度和压电性能有较大的影响. 当保温时间为3h,在1100℃至1150℃范围内, 随烧结温度的升高,陶瓷的压电常数d33、平面机电耦合系数Kp及机械品质因数Qm均一直升高, 介电损耗tanδ则显著降低. 当烧结温度为1150℃时, 随保温时间的增加, 陶瓷的压电性能先显著提高后基本保持不变. 1150℃保温2h烧结的陶瓷获得良好的性能：密度ρ=4.50g/cm³（致密度为95.63%）, d₃₃=132pC/N, K_p=45%, Q_m=333.73, tanδ=2.39%.     

一种低温共烧压电陶瓷的制备

压电陶瓷多层膜的低温共烧特性及压电性能密切依赖于其成分。采用调节压电材料成分,以0.90Pb(Zr0.48Ti0.52)O3-0.05Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-0.05Pb(Zn1/3Nb2/3)O3四元体系为研究对象,同时添加烧结助剂CuO来实现多层膜的低温烧结。对多层膜的流延、排胶、烧结、极化等工艺进行探索以优化工艺参数,最终获得850℃烧结温度下的高致密度多层压电陶瓷。压电性能的测试表明三层结构的压电多层膜陶瓷表观d33达873pC/N,远高于同成分单层陶瓷306 pC/N的d33值。采用多普勒激光测振仪进行扫频实验,测定了多层陶瓷纵向振动速度的频谱,确定了基于该多层膜压电振子的最优谐振频率。