近电场打印高β结晶的PVDF压电薄膜

来源 :江苏大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:lubin_1985
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压电高聚物由于其优良的压电和热电性能以及低成本、良好的柔韧性和高的化学稳定性,广泛地用于制作高精度传感器、驱动器位移器等电子元器件。高β晶的PVDF压电薄膜具有频响宽、机械性能强度高、力电转换灵敏度高等特点,具有很高的研究与应用价值。为寻求进一步促进PVDF压电β相生成与转变的方法,本文采用近电场打印聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)压电薄膜,探究打印液中PVDF浓度、添加多壁碳纳米管(MWCNTs)和石墨烯(GR)以及电场分布情况对PVDF压电薄膜β相转变的影响。研究结果表明:(1)当打印液中PVDF浓度在12wt%~16wt%较低浓度范围内,PVDF压电薄膜结晶度、β相相对含量F(β)以及薄膜β相总含量均随着PVDF浓度的升高而提升。而当PVDF浓度为16wt%~22wt%较高范围时,PVDF压电薄膜的结晶度、F(β)以及薄膜β相总含量趋于稳定,此时浓度不再是主要影响因素。当PVDF浓度高于22wt%时,由于打印液粘度过大,无法正常出丝,打印无法顺利进行。(2)片层结构的GR不会像MWCNTs一样由于浓度的提升而彼此缠绕,GR具有比MWCNTs更大的比表面积,能够更容易降低引导PVDF分子在其表面结晶的位垒,并且电荷在层状GR的表面积聚,使得相邻的石墨烯片之间产生弱电场,促进PVDF分子链有序取向生长,使得β相的转变更易发生,其作用效果优于MWCNTs。(3)使用COMSOL Multiphysics 5.3a建立五种近电场简化打印模型,结合实际打印情况优选出模型1、模型2、模型5三种不同电场作用模式,其中模型5对应的电场强度较强,分布最为均匀,最高可达6.31×105V/m,最小值为5.11×105V/m。(4)在最优均匀电场和添加GR的共同作用下,PVDF/GR压电薄膜的结晶度为58.53%,F(β)达88.13%,β相总含量为51.58%,高于非均匀电场下PVDF/GR压电薄膜的β相总含量(47.27%),且薄膜电压灵敏度和输出电压VP-P值最优,频率灵敏度较好。
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