材料科学基础（07年研究生招生考试）.pdf

二、高分子压电材料
(一)聚偏***乙烯( Poly(vinylidene Fluoride), PVDF or PVF2)
1944年:美国杜邦公司研制
1960年:美国庞沃特(Pennwalt)公司首先实现商品化
和 PTFE相比,PVDF 更类似于乙烯—四***乙烯共聚物 E—TFE 和乙烯三******乙烯共聚物 E—CTFE
综合特性:良好的机械强度、韧性、耐磨性和抗蠕变能力,
长期使用温度-40℃~150℃,突出的抗辐照、抗腐蚀及耐气候能力
化学惰性、介电性能及高温性能比 PTFE 和 FEP 差
加工成型工艺:利用通常的热塑工艺
应用: 电子、电气工业中的电线包皮、印刷电路板、
电容器介质、各种换能器(传感器)的芯片、
兵器工业中的压电引信、推进剂和燃料密封装置等
1、PVDF的晶相
偏***乙烯单体的聚合物:
聚合度: , 分子量:25~100万
透明或半透明性的半晶态聚合物: 结晶度:50~70%
晶相由层晶(片晶)组成:
晶片厚: ,晶片长:
层晶被镶嵌在非晶相内、非晶相具有过冷液体性质,
玻璃相变温度:
室温下是高弹性态、具有相当的玻璃相
PVDF 的五种晶型:
晶型Ⅳ( Ⅱp , 型)、晶型( 型)
晶型Ⅰ( 型)、晶型Ⅱ( 型)、晶型Ⅲ( 型)、
F 原子
C 原子
H 原子忽略
PVDF的四种主要晶型投影到垂直于分子轴平面上的示意图
分子具有全反式构象( all-trans, tt ) 、平面锯齿形结构
晶型
晶胞中分子偶极子同向排列、形成非中心对称体,具有沿 b 轴方向的自发偶极矩
全反式构象:分子中相继的CF2的2
自发偶极矩方向可被外电场转向,
具有铁电性、是铁电性最强的一种晶型
个F原子位于b轴的两侧
晶型
C 原子
H 原子忽略
F 原子
由熔融聚合物冷却形成,室温下是 PVDF 的最稳定相
分子构象近似是反式—偏转—反式—偏转
反式—偏转:链节相对偏转了
单元胞中分子链的排列中心对称、导致彼此间的极性相互抵消、对外不显极性
C 原子
F 原子
H 原子忽略
仍是极性分子晶体
的反式构象
晶型
型单元晶胞中的一个碳链绕其轴转动180°而得,形成非中心对称的单元胞,具有自发极化和铁电性
了解甚少、也是一种非中心对称的具有自发极化的铁电性晶型
F 原子
C 原子
H 原子忽略
晶型
分子具有构象,类似型、含 tt 构象
分子链以非中心对称立构彼此平行地排列,具有自发极化和铁电性
晶型
2、PVDF的晶型间的转变及PVDF的极化
(1)晶型间的转变
各晶型间可通过拉伸、退火、极化等处理实现转化
晶型室温下最稳定、PVDF 商品膜通常都是型
I( )型
拉伸
高温退火
III( )型
溶液
熔体
缓冷
高压淬火
II( )型
在***内铸塑
IIP 型
极化
极化
拉伸退火
高温退火
DMA浇注
六***磷酸三酰***浇注
PVDF各晶型间相互转化示意图
型拉伸、退火可转化为型;
控制熔体的冷却或成型条件等直接生产出型等
型极化、转化为型;
(2)PVDF的极化
型薄膜极化前的处理
为使商品膜具有强压电性,首先应将其由型转化为铁电性最强的型
传统的工艺:
膜在 60~65℃下沿