改性BaTiO/PVDF复合压电薄膜的制备与介电性能研究

摘要

高介电常数的陶瓷/聚合物基复合材料具有聚合物低的加工温度和柔韧性等优点，在电工和电子工业领域有着广泛的应甩前景，可以用来制作具有任意形状的电容器的介质材料。而电子器件小型化、多功能化的发展趋势要求电介质材料具有尽可能高的介电常数，因此提高陶瓷/聚合物复合材料的介电常数具有重要意义。 本论文以稀土改性后的BaTiO<,3>作为填料，以高聚物PVDF作为基体，研究了BaTiO<,3>的制备、、显微结构、介电性能等问题，并探讨了BaTiO<,3>/PVDF复合薄膜的介电性能。分别采用溶胶-凝胶法、共沉淀法制备了钛酸钡粉体，并对所合成的粉体进行了TG-DSC、FT-IR、XRD、SEM表征，制陶后测定其性能。结果发现：溶胶-凝胶法制备出的粉体粒径小，分柿均匀：共沉淀法操作简单，无毒，且产率高。用溶胶.凝胶法和共沉淀法均可以制备出粒径在纳米级的立方钙钛矿结构BaTiO<,3>粉体，SEM照片显示粉体均发生团聚。稀土掺杂没有使BaTiO<,3>纳米晶体在烧结过程中偏析出杂质，也没有改变其立方钙钛矿结构造成BaTiO<,3>发生晶格畸变。三种稀土(La、Ce、Dy)改性粉体制陶后发现掺杂Ce的BaTiO<,3>陶瓷介电性能改善最为明显，在摩尔分数0.4％处相对介电常数￡达到最大值1250左右；当La<,2>O<,3>添加量为0.6％时，介电常数得到最大为460左右，且损耗因子为0.045。Dy<,2>O<,3>掺杂量为1.2％时介电常数最大即650，介电损耗此时也很小，只有0.03。三种改性BaTiO<,3>/PVDF复合薄膜的介电性能均比纯PVDF薄膜优良，其中经过Dy改性后的BaTiO<,3>/PVDF薄膜的性能最为优良(ε≈143)，其次是La改性的薄膜(ε≈130)，最后是Ce(ε≈112)。复合材料的介电常数和介电损耗随着BaTiO<,3>含量的增大而增大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1概述

1.1.1压电材料的发展

1.1.2压电效应原理

1.1.3压电材料的应用

1.2压电陶瓷

1.2.1压电陶瓷简述

1.2.2压电陶瓷钛酸钡的制备方法

1.2.3纳米钛酸钡的掺杂改性和发展方向

1.3压电复合材料概述

1.4压电材料性能表征

1.4.1介电常数

1.4.2介电损耗

1.4.3机械品质因数

1.4.4压电性

1.4.5热电性

1.4.6铁电性

1.5本课题研究的目的、意义及主要工作内容

第2章实验材料与方法

2.1实验试剂及设备

2.2改性钛酸钡陶瓷的制备

2.2.1 Sol-gel法制备掺杂La3+钛酸钡纳米粉体

2.2.2 Sol-gel法制备掺杂Ce3+钛酸钡纳米粉体

2.2.3共沉淀法制备掺杂Dy3+钛酸钡纳米粉体

2.2.4制陶实验

2.3改性BaTiO3/PVDF压电薄膜制备

2.4本章小结

第3章改性BaTiO3结构与介电性能研究

3.1引言

3.2掺杂La3+钛酸钡结构及性能研究

3.2.1 TG-DSC结果分析

3.2.2 XRD结果分析

3.2.3 FT-IR结果分析

3.2.4 SEM结果分析

3.2.5介电性能结果分析

3.3掺杂Ce3+钛酸钡结构及性能研究

3.3.1 TG-DSC结果分析

3.3.2 XRD结果分析

3.3.3 FT-IR结果分析

3.3.4 SEM结果分析

3.3.5介电性能结果分析

3.4掺杂Dy3+钛酸钡结构及性能研究

3.4.1 XRD结果分析

3.4.2 SEM结果分析

3.4.3介电性能结果分析

3.5本章小结

第4章改性BaTiO3/PVDF压电薄膜介电性能研究

4.1引言

4.2纯PVDF薄膜介电性能研究

4.3 La改性BaTiO3/PVDF薄膜介电性能研究

4.4 Ce改性BaTiO3/PVDF薄膜介电性能研究

4.5 Dy改性BaTiO3/PVDF薄膜介电性能研究

4.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢