铁电聚合物PVDF及其复合薄膜导电特性研究

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铁电材料聚偏氟乙烯(PVDF)具有剩余极化强度高、热稳定性良好和极化反转时间短等优点,在传感器、电容器、红外探测等方面有着广泛的应用。在PVDF的三种主要晶相中,β晶相的全反式TTT构型使其表现出最大的自发极化,是重要的铁电和压电材料。本文通过选取合适的溶剂、浓度和退火温度,获得旋涂法制备PVDF薄膜的优化条件,引入高比表面积和表面S空位缺陷的二硫化钼(Mo S2)纳米片,讨论PVDF/Mo S2复合薄膜在电场作用下的导电行为,分析阻态转变的机制。1、以获得更大的PVDF极化场强作为目标,对比分析了N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基毗咯烷酮(NMP)和丙酮溶剂下旋涂法制备的PVDF薄膜,优化溶液浓度、旋涂条件和退火温度后,确定以DMF为溶剂,PVDF溶液浓度为40 mg/ml、退火160℃下的薄膜具有较高的β相、较好的粗糙度和均匀性。在循环扫描电压作用下发现PVDF薄膜的I-V曲线显示了明显的滞后现象。随着最大循环电压增加,零电场下的短路电流Isc值和开路电压Voc值均增大,分析认为这种现象与β相PVDF薄膜的剩余极化强度随外场增大而增强有关。2、将液相剥离法得到的Mo S2纳米片与PVDF构建PVDF/Mo S2复合薄膜,研究了Mo S2的引入对PVDF薄膜导电行为的影响,复合薄膜的I-V曲线同样具有滞后特点,相比于单一PVDF薄膜,其开关比达到2.5×102。通过I-V曲线非线性拟合,分析了复合薄膜的阻变机制,认为绝缘的PVDF和导电性良好的Mo S2共同贡献复合薄膜的电导,电场影响的PVDF极化场反转以及Mo S2中S空位缺陷对载流子的俘获/释放作用协同调控高低阻态转变。此复合薄膜有可能用于铁电阻变存储器件。
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