0—3型PZT/PVDF压电复合材料的制备及其性能研究

摘要

0—3型PZT/聚合物压电复合材料作为一种新型功能材料被广泛应用于多个领域，这得益于它不但摒弃了无机组分PZT（锆钛酸铅）和聚合物自身的一些劣势特性，而且使得复合后的材料具有更为优良的多方面性能。在0—3型PZT/聚合物压电复合材料中，如何改善PZT在聚合物基体中的分散性和控制聚合物在复合材料中的晶态相存在形式已成为现阶段研究工作的关键所在。 本文就这一系列问题进行了初步的探讨和相应的研究。首先，利用固相法制备出了掺杂有Nb2O5的PZT95/5陶瓷，通过理论研究和检测分析，较为合理的拟定出了PZT95/5陶瓷的合成与烧结制度；其次，采用冷压法、固化法、热压法和溶液混合法等不同工艺制备0—3型PZT95/5/PVDF复合材料，比较PZT95/5分散性和复合材料复合性能的好坏，研究不同制备工艺、不同PZT95/5含量、热压温度等对复合材料性能的影响；第三，利用硅烷偶联剂（KH570）、油酸、钛酸酯偶联剂（钛酸丁酯）等较为常见的表面改性剂对PZT95/5陶瓷粉体进行表面改性，分析出不同改性剂对复合材料体系性能的影响；第四，利用导电高分子聚苯胺与PZT95/5/PVDF体系复合，分析出其对复合材料性能的影响。第五，对0—3型PZT/PVDF的电性能作以相关检测及分析。 论文研究结果表明：随着PZT95/5陶瓷粉体含量的增加，复合材料的分散性和复合性逐渐下降；溶液混合法制备的复合材料中PZT95/5微粉的分散性要优于冷压法、固化法、热压法三种制备方法，而在热压法制备出的样品中，复合材料中的无机和有机组分复合性能最为优良；不同的制备工艺使得聚合物PVDF有一定的晶相转变，但只有热压工艺制备出的复合材料中有较为明显的β相PVDF存在，其复合材料的电性能最佳；表面改性剂对PZT95/5的分散性能和其与复合材料的复合性能有积极影响，对比发现油酸和KH570适合0—3型PZT95/5/PVDF复合材料体系，但电性能会大幅下降；PAn掺杂有助于复合材料的极化，电性能优于表面改性剂处理过的样品；实验研究和探讨了电介质击穿理论和机理，分析出复合材料的击穿与电机械击穿、热击穿和空间电荷击穿三种情形相符合。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 压电材料

1.1.1晶体产生压电效应的机理

1.1.2压电材料的分类

1.2 PZT/聚合物压电复合材料

1.2.1 PZT/聚合物压电复合材料的分类

1.2.2 PZT/聚合物压电复合材料的应用

1.2.3 PZT粉体的制备与聚合物基体的选取

1.3 PZT/聚合物压电复合材料的研究背景

1.4 PZT/聚合物压电复合材料的国内外研究现状及存在问题

1.4.1 0-3型PZT/聚合物压电复合材料的研究现状及存在问题

1.4.21-3型PZT/聚合物压电复合材料的研究现状及存在问题

1.4.3其他型PZT/聚合物压电复合材料的研究现状及存在问题

1.5本课题研究的目的和意义

1.6本课题的主要研究内容

2 0-3型PZT95/5/PVDF压电复合材料的制备研究

2.1 引言

2.2 无机原料的选取

2.2.1 PZT95/5陶瓷粉体的制备

2.2.2 PZT95/5陶瓷粉体的测试分析

2.3 聚合物基体的选取及制备

2.4 0-3型PZT95/5/PVDF压电复合材料的制备

2.5 0-3型PZT95/5/PVDF压电复合材料的致密性分析

2.6 镀电极

2.7 本章小结

3 0-3型PzT95/5/PVDF压电复合材料微观结构的研究

3.1 0-3型PZT95/5/PVDF复合材料的XRD分析

3.1.1不同质量配比压电复合材料的XRD分析

3.1.2不同制备工艺压电复合材料的XRD分析

3.1.3不同温度热压制备工艺压电复合材料的XRD分析

3.2 0-3型PZT95/5/PVDF复合材料的SEM分析

3.2.1不同质量配比压电复合材料的SEM分析

3.2.2不同制备工艺压电复合材料的SEM分析

3.2.3不同热压温度制备的压电复合材料SEM分析

3.3 本章小结

4 表面改性剂对复合材料性能的影响

4.1 引言

4.2 表面改性剂的选取及样品的制备

4.3 不同的表面改性剂对复合材料性能的影响

4.3.1硅烷偶联剂(KH570)对复合材料性能的影响

4.3.2钛酸酯偶联剂(钛酸丁酯)对复合材料的性能影响

4.3.3不饱和有机酸(油酸)对复合材料性能的影响

4.4 本章小结

5 压电复合材料中聚合物的掺杂与电性能研究

5.1 引言

5.2 PVDF基体中掺杂PAn的研究

5.2.1实验原料及制备

5.2.2 PAn的结构组成及导电机理

5.2.3样品的检测及分析

5.3 0-3型PZT95/5/PVDF压电复合材料的电性能研究

5.3.1表征材料电性能的主要参数

5.3.2电性能的测试结果分析

5.4 0-3型PZT95/5/PVDF压电复合材料的击穿研究

5.5 本章小结

结 论

致 谢

参考文献

附 录

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果