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PVDF材料的优越性

一、PVDF材料的优势

PVDF于1944年由DuPont公司研制成功.1960年Pennwalt公司首先实现商品化。自从1969年Kawai首次报道了PVDF具有工业应用价值的强压电活性及1971年Bergman报道了其显著的热释电效应之后,对这类铁电聚合物的研究发生了历史性的转折。。PVDF具有很强的压电效应和热释电效应,也是目前在压电高

分子材料中研究较为系统、应用最广泛的高聚物。据统计,仅在从1971到1981年的10年间,国际刊物

上已发表了1000篇以上的有关PVDF的论文。40余年来,人们已经根据PVDF及其共聚物的功能特性研制出成百种功能元器件。

PVDF是一种柔软的塑性薄膜,由PVDF制得的压电元件对湿度、温度和化学物质高度稳定,机械强、失真小、稳定性高等优点。同时,PVDF的声阻抗与水相近(PVDF:3.5x106 kg/m2.s.水:1.5×106 kg/m2·s),能很好地和水声阻抗匹配,用它做成各种类型的换能器,具有结构简单、重量轻,而且其厚度共振频率可以很高,因而可以做成灵敏的宽频带水声换能器。有机的柔性压电材料PVDF具有昂贵的晶体与脆性的铁电陶瓷无法比拟的优势。

以PVDF家族为代表的极性聚合物材料在一些特殊应用领域,如热释电传感器,具有孔洞材料不可替代的应用需求。到目前为止,每年仍有相当数量关于极性聚合物功能特性(压电、铁电和热释电效应等)及其功能应用的研究论文发表。

二、 PVDF材料的不足之处

1、 众所周知,在驻极体的发展过程中,具有铁电性的半晶态极性聚合物如PVDF及其共聚物P(VDF-TrFE)

等是公认最好的铁电聚合物材料。然而,如上所述的非极性空间电荷驻极体却可呈现比久负盛名的PVDF高得多的压电活性。 2、 相对密度和硬度比较大。

3、 铁电活性相对不足,不适合于被用作传感器或驱动器等功能元器件的芯片材料。 4、 不能形成更多更复杂的电荷陷阱。

三、 极化前后PVDF材料的不同特征

极化前:PVDF及其共聚物P(VDF-TrFE)是极性的非孔洞铁电聚合物的代表,它们都属于非孔洞的“实

心”材料.用作驻极体研究的这类材料几乎都是透明或半透明的半晶态聚合物。对PVDF而言,材料中的层晶被镶嵌在非晶相中。这类材料可能以几种晶型存在,且材料的形成和薄膜的制备及极化工艺等因素对其晶型的形成及相互转化具有重大的影响,如PVDF的五种晶型之间可以通过热、压力及不同的极化电场等处理可能实现相互间的转化。这类材料中存在本征的偶极单元(偶极子/畴结构)。其几何尺度在nm量级的偶极单元(晶胞)在没有外电场或约束的情况下呈无序排列状态,而使它们问的极性相互抵消,因而材料在宏

观上没有表现出极性.

极化后:

1、极性的非孔洞聚合物中存在的本征偶极单元,在外极化电场产生的电场力作用下实现沿电场方向的有

序取向,并使得样品表现出宏观极化。极化过程中还可能伴随产生从电极注入的空间电荷.因此这类驻极体材料中不仅存在取向的本征偶极单元,还可能包含有对其功能特性及其驻极体行为产生重要影响的空间电荷。这类材料的极化强度是取决于在不同极化电场下材料内有序取向的偶极子的密度及偶极子沿外电场方向排列的取向度。

2、对极性的非孔洞铁电聚合物,温度的上升将引起样品的热膨胀和厚度增加,因此导致材料内取向偶极子密度的下降和电极上感应电荷量的减少,其热释电系数内为负值。


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