0-3型(PZT,KTN)/P(VDF-TrFE)三相铁电复合材料的电学性能

以偏氟乙烯-三氟乙烯（P（VDF-TrFE））共聚物为基体,锆钛酸铅（PZT）铁电颗粒为功能相,钽铌酸钾（KTN）颗粒为增强相,制备了0-3型（PZT,KTN）/P（VDF-TrFE）三相铁电复合材料。利用SEM及EDAX技术,分析了复合材料的显微结构及PZT和KTN相的分布。测试了具有不同KTN 体积分数的复合材料的电性能。实验结果表明:PZT和KTN相的颗粒分布均匀,存在少量的团聚体;随KTN体积分数的增加,三相复合材料的极化漏电流I、介电常数ε_r和介电损耗tanδ增加,压电系数d₃₃降低,而热释电系数p₃先增加后降低,但其d₃₃和p₃均高于具有相同PZT体积分数的PZT/P（VDF-TrFE）两相复合材料。      

PZT含量对PZT/PVDF复合材料性能的影响

采用流延工艺,在ITO玻璃衬底上制备了不同质量分数的锆钛酸铅(PZT)/聚偏氟乙烯(PVDF)热释电复合材料。采用X射线衍射方法对复合材料极化前后的物相变化进行了对比分析,通过扫描电子显微镜分析了不同PZT质量分数复合材料的界面特征。从热释电探测器件的实际要求出发,利用介电阻抗测试仪、动态法热释电系数测试系统等仪器系统地测试了复合材料体系中PZT含量对材料热释电性能和介电性能的影响。结果显示,在PZT质量分数为50%时,制得了热释电系数p为4.1nC/(cm2.K)的性能优良的热释电复合材料。     

温度和存储周期对聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)超薄膜极化性能的影响

研究不同存放周期条件下聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))电容器样品的极化反转性能,分析温度和存放周期对极化反转性能的影响规律.研究结果表明,存放5个月的样品,经过60℃,106次化反转测试,其相对剩余极化强度Pr/Pr0仍高达0.70以上,表现出良好的时效稳定性.通过研究P(VDF-TrFE)样品极化反转性能的演化规律,预测了极化反转调控的P(VDF-TrFE)样品时效稳定性模型.通过模拟P(VDF-TrFE)分子链微观结构演变过程,给出了电活性界面层对分子链中氟化氢气体形成的抑制模型,建立存放周期和测试温度对样品极化性能影响的分子链微观结构机制,进一步验证了界面层作用的陷阱电荷密度减小,同时关联的时效稳定性微观动力学行为.本工作的研究结果为柔性电子器件的应用提供理论参考.     

界面改善对P(VDF-co-CTFE)/BST复合材料介电和储能性能影响

用溶胶-凝胶法合成了钛酸锶钡(BaSrTiO3,BST)陶瓷,获得了粒径为50nm左右的高活性纳米陶瓷粉体,并通过硅烷偶联剂(KH550)进行了表面处理。将表面处理后的BST粉末与含氟铁电聚合物聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯(P(VDF-co-CTFE))采用0-3方式进行了复合。然后通过溶液流延法在石英片上制备了P(VDF-co-CTFE)/BaSrTiO3复合材料厚膜,并进行了淬火处理。采用XRD、TEM、TGA和SEM表征了纳米陶瓷和复合材料形貌。结果表明KH550可以有效地作用于高介电常数BST陶瓷颗粒表面。KH550处理后的复合材料具有更大的介电常数(εr>33),更高耐电场强度(Eb>270MV/m)和较低的损耗。界面处理同时可以有效提高复合材料的饱和极化强度(Ps),降低剩余极化强度(Pr),使其储能密度(Ue)达6.8J/cm3。总体结果表明,两相界面改善后的聚合物/陶瓷复合材料在高储能密度领域中具有广泛的应用前景。     

炭黑改性PZN-PZT/PVDF压电复合材料的制备与性能

将导电炭黑掺杂的聚偏氟乙烯(PVDF)与铌锌锆钛酸铅(PZN-PZT)陶瓷粉体复合,制备0-3型压电复合材料,研究了炭黑添加量对压电复合材料电性能的影响.结果表明,适量的导电炭黑可以明显提高复合材料的极化和压电性能.当炭黑含量为0.3%时,压电复合材料的综合性能最佳,剩余极化强度Pr达到5.37μC·cm-2,矫顽场Ec为57kV·cm-1,介电常数εr为177.2,压电常数d33达到39.7pC/N.     

常温高性能PMN-PMS-PZT热释电材料

研究了组分改变对PMN-PMS-PZT(铌锰酸铅-锑锰酸铅-锆钛酸铅)热释电陶瓷材料的相组成、介电性能、热释电性能等方面的影响,并对实验结果进行了分析.实验结果表明:通过改变材料Zr/Ti的比例,在陶瓷介电常数εr和介电损耗tanδ变化不大的情况下,使得热释电系数的峰值向室温附近移动;在Zr/Ti=95/5时,常温(28℃)下介电常数占εr=228.5、介电损耗tanδ=0.23%,热释电系数P=25.5×10-4C/m2℃,探测率优值FD=47.3×10-5Pa-1/2,此类材料符合制作热释电红外探测器的要求.     

PMN-PT透明光电陶瓷材料的特性及制备技术

以传统的光电材料铌酸锂晶体和透明光电陶瓷材料PLZT(镧改性的锆钛酸铅固熔体)作为比较,介绍了铌镁酸铅(PMN)-钛酸铅(PT)(简称PMN-PT)光电透明陶瓷的结构和性能优势,主要介绍了PMN-PT各种粉末的制备方法、烧结工艺方法及其各自的特点,同时对影响陶瓷透明的因素和基于该材料的器件和应用进行了简要介绍.     

双层复合栅介质膜的制备及电学性能研究

介电常数分别为2.6的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及介电常数为16的偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物(P(VDF-TrFE))两种不同的有机绝缘材料,通过溶液旋涂的方法在P型硅衬底上制备了不同结构的复合栅介质膜并测试了它们的高频C-V特性及漏电特性。实验结果表明Si-PMMA-P(VDF-TrFE)-Ag结构绝缘膜上单位面积电容达到了35nF/cm2,40V电压下漏电流随着扫描次数的增加逐渐由7.29×10-7 A/cm2降低至3.44×10-7 A/cm2。而Si-P(VDF-TrFE)-PM-MA-Ag结构栅介质膜测得的单位面积电容仅为15nF/cm2,在相同电压下的单位面积漏电流为1.93×10-8 A/cm2。在此基础上分析了电子陷阱以及电场强度对双层栅绝缘膜C-V、I-V特性的影响。     

聚偏氟乙烯共聚物薄膜铁电性能和电容特性研究

制备了以聚苯乙烯磺酸(PSSH)为上下界面层的聚(偏氟乙烯)(PVDF)二元共聚物聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)[P(VDF-TrFE)]及聚(偏氟乙烯-氯氟乙烯)[P(VDF-CTFE)]的三明治结构电容器,研究了P(VDF-TrFE)和P(VDF-CTFE)2两种共聚物薄膜的铁电性能和电容特性。结果表明,厚度为60nm的Ti/PSSH/P(VDF-TrFE)/PSSH/Ti超薄薄膜表现出优异的铁电性能;而厚度为100nm的Ti/PSSH/P(VDF-CTFE)/PSSH/Ti薄膜表现出较好的电容特性,存储能量密度高达60J/cm3。研究结果为其在电子器件上的应用提供理论指导。     

改性PZT/PVDF体系压电复合材料的介电和压电性能

采用复合材料模压工艺,制备了体积分数不同的改性PZT(含铌的钛锆酸铅)/PVDF(聚偏二氟乙烯)压电复合材料。采用扫描电镜对材料的形貌进行了分析,并利用HP4294A,Z-3A型准静态测试仪等系统地研究了改性PZT体积分数对材料介电、压电性能的影响。结果显示,在改性PZT体积分数为70%时,获得了性能优良的压电复合材料。在压电陶瓷高含量区(>0.5),部分压电陶瓷颗粒相互联接,形成了类似0-3(3-3)型复合连通形式,是复合材料获得优良压电、介电性能的主要原因。     

0-3/1-3混合连通型铁电陶瓷-铁电聚合物的热释电性

推导出了0-3/1-3混合连通型铁电陶瓷-铁电聚合物的热释电系数表达式, 并详细讨论了陶瓷体积分数 v₂和陶瓷颗粒粒径与膜厚比(G/t)分别对复合材料的热释电系数p_c及p_c/ε_c(ε_c为复合材料的介电常数)的影响。结果表明: 当G/t≥0.5时, 不同陶瓷体积分数复合材料的热释电系数p_c均趋向于某个定值, 说明此时G/t对热释电系数的影响可忽略不计; 另外当陶瓷体积分数为0.1时, 随着G/t的增大, p_c /ε_c出现一个极大值, 且当G/t=0.9时, p_c /ε_c比纯PZT陶瓷的大8倍, 表明此条件为最佳工艺条件。而且, 在低陶瓷体积分数和低G/t比时, 理论曲线与实验数据符合较好。      

氧等离子体辅助脉冲激光沉积法制备PMN-PT薄膜的微观结构和电学性能

采用氧等离子体辅助脉冲激光沉积方法(PLD)在硅衬底上, 制备出高度(001)取向的钙钛矿相结构钛铌镁酸铅(PMN-PT)薄膜. 研究了氧等离子体辅助对PMN-PT薄膜相结构、微观形貌和电学性能的影响. 结果表明, 通过在薄膜沉积过程中引入高活性的氧等离子, 可以有效地提高PMN-PT薄膜的结晶质量和微观结构. 未采用氧等离子体辅助PLD方法制备PMN-PT薄膜的介电常数(10 kHz)和剩余极化(2P_r)分别为1484和18 μC/cm², 通过采用氧等离子体辅助, 其介电常数和剩余极化分别提高至3012和38 μC/cm².     

静电纺P(VDF-TrFE)纳米纤维在柔性压电传感与能量收集领域的研究进展

压电聚合物聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))作为聚偏氟乙烯(PVDF)典型的共聚物,具有优异的压电性能、机械性能及生物相容性。因此基于P(VDF-TrFE)静电纺压电网膜的柔性压电传感器与能量收集器在可穿戴电子设备、智能纺织品及医疗健康系统等领域有着广阔的前景,能够将触觉/压力、应变、声波甚至生理微振动等信号转换为电学信号或低功率的电能。本文旨在深入分析P(VDF-TrFE)压电性能的机制,总结各种提升静电纺P(VDF-TrFE)纳米纤维压电性的策略,全面概述P(VDF-TrFE)基柔性压电传感与能量收集方面的应用,特别是在压力与触觉传感、声传感、生物组织传感、生理微振动传感及能量收集等领域的研究进展。阐述了静电纺压电聚合物纳米纤维的新兴应用场景,并讨论了该领域目前的挑战和未来前景。     

PZN-PZT压电陶瓷及其PVDF压电复合材料的制备和性能

采用固相烧结法合成了PZN-PZT(铌锌锆钛酸铅)三元系压电陶瓷烧结块材和粉末,并采用XRD、SEM等测试方法对其结构和性能进行了分析。PZN-PZT常压烧结陶瓷具有优良的压电性能,PZN-PZT颗粒粒径在0.5~4 μm之间,颗粒形态不太规整。采用溶液共混法将PZN-PZT粒子均匀分散于PVDF基体中,制备了PZN-PZT/PVDF 0-3型压电复合材料。研究了PZN-PZT质量分数、极化电场等因素对该压电复合材料压电和介电性能的影响。实验结果表明,选用压电活性更高的压电陶瓷粉末进行复合,可有效提高压电复合材料的压电性能。增加PZN-PZT质量分数、提高极化电压均有利于复合材料压电性能的提高。     

掺钛铌镁酸铅铁电体的自发和场诱导相变

测试了掺钛铌镁酸铅系列铁电陶瓷介电和热释电温度梯,观察到自发和场诱导正常铁电体－驰豫型铁电体－顺电体相互转变的现象,在分析这一相变的特点和相应结构特征的基础上,提出了驰豫型铁电体钠米极性微区的动态结构模模型。     

MWNTs/PVDF复合材料的介电性能

基于熔融法制备多壁碳纳米管(MWNTs)/聚偏氟乙烯(PVDF)基复合材料,研究不同含量的MWNTs对MWNTs/PVDF复合材料介电性能的影响规律,并探讨其对复合材料介电常数的影响机制。结果表明,随着MWNTs含量的增加,复合材料中α-PVDF相转换成γ-PVDF相;通过宽频介电阻抗谱仪测试,发现介电常数随着温度的增加而增加,并向高温方向移动;在电场的作用下,添加MWNTs能加剧PVDF材料分子键的热运动以及极化现象。另外,研究发现,由于介电损耗降低,表明复合材料的介电性能得到了改善。     

聚偏氟乙烯电纺纤维膜的制备及其热释电性能研究

β晶相的聚偏氟乙烯(PVDF)由于具有强压电和热释电特性,被广泛应用在能量收集、红外探测等领域。采用静电纺丝技术制备PVDF纤维,通过SEM以及XRD表征,研究了溶剂组成、溶液浓度和纺丝液供给速度等纺丝参数对PVDF纤维膜形貌和β晶相含量的影响,制备出连续、均匀、直径约600nm的PVDF纤维。另外,测试了PVDF纤维膜对不同调制频率的3.4μm波长红外光的热释电响应特性。     

PT/P(VDF-TrFE)/多孔氧化硅衬底热释电传感器研制

用电化学方法制备多孔化率约６９％的多孔硅，在湿氧中氧化成多孔氧化硅，作热释电传感器的衬底。将用溶胶凝胶法制备的钛酸铅（ＰＴ）纳米粉粒掺入聚偏氟乙烯／三氟乙烯共聚物中形成ＰＴ／Ｐ（ＶＤＦＴｒＦＥ）热释电复合敏感膜。ＰＴ粉粒的掺入体积比为０１２时，与成膜条件相同的Ｐ（ＶＤＦＴｒＦＥ）膜相比，热释电优值提高２０％，探测优值提高３５％。多孔氧化硅结构降低了衬底的热导率和元件热容，使多孔硅衬底传感器的电流灵敏度比结构相同的体硅衬底传感器样品高约２倍。     

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。     

炭黑填充BST/PVDF复合薄膜的制备与介电性研究

以聚偏氟乙烯(PVDF)为聚合物基体,钛酸锶钡(BST)为陶瓷相,成本低廉的导电炭黑(CB)为导电相。采用流延加低温热处理的方法制备了一系列高介电柔性复合薄膜。利用阻抗分析仪对薄膜的介电性进行了测试,结果表明,炭黑的填充能有效提高复合材料的介电性能,当体积分数接近渗流阈值6.2%时,CB/BST/PVDF复合材料的介电常数、介质损耗、电导率急剧增加。结合经典渗流理论研究了材料在渗流转变时介电性变化特征及微观机理,利用微电容模型、界面极化理论对这一现象进行解释。