在1969年发现了河合1聚强压电活性偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物,尤其是乙烯共聚物P(VDF-TrFE的)偏二氟乙烯的乙烯(VDF)和三氟乙烯(TrFE)开大现场应用声学和压电器件(如雷达,声纳,超音波,和声学成像)的。其高的压电性能,无机械加工过程中得到的拉伸,使P(VDF-TrFE的)铁电薄膜元件的选择目前的聚合物。2
超声处理是众所周知的,以在悬浮液中均匀分散的无机相,制备聚合物复合材料micro-/nanofillers一种有效的方法,但它可以降低聚合物。PVDF和P(VDF-TrFE的)的形态,以及机电和铁电性能强烈依赖于样品的处理条件。3,4尽管如此,还没有研究超声降解的已经进行了在PVDF家族,虽然有必要对优化性能。我们研究了不同的加工条件,如超声破碎,退火,及膜厚度的形貌和薄膜P(VDF-TrFE的)的热和压电性能的影响。
我们通过溶剂浇铸和旋涂,准备独立的薄膜和薄膜基板上的分别。我们首先通过在80℃下搅拌下,将14重量%的浓度溶解VDF和TrFE的共聚物(70/30mol%)在甲乙酮(MEK)的粒料。以获得不同厚度的溶剂浇铸膜中,我们浇铸在玻璃板上,使其风干它们的聚合物溶液。我们随后剥离并干燥退火前的膜在140℃下60分钟,以实现高的铁电相的结晶度。我们准备了旋涂用苏斯微技术三角洲6 RC旋转涂布机上的玻璃膜。将溶液旋涂30秒,速度为1000-2500rpm时用1秒的总的加速时间。然后我们干燥得到的薄膜在退火前以蒸发MEK,在140℃下进行60分钟的玻璃基板上。我们与TA仪器Q200差示扫描量热仪研究了薄膜的热性能。对样品进行了-85〜200℃之间的分析与加热/冷却速率等于10℃分钟-1在氮气流。
结果表明,在铁电聚合物膜(当的重大改变感应电场极化的自发电极化),通过与制备方法的影响,尽管是在熔融转变的差异非常小的居里转变:请参阅图1。第一加热温谱图显示的吸热峰在150℃归因于该共聚物的结晶相的熔点。这两种类型的薄膜的结晶熔解和度的焓都非常接近,尽管溶剂铸膜的熔化峰是稍微更锐利。然而,旋涂薄膜的居里峰是更广泛的,较不强烈的,并转移到较高的温度相比,溶剂流延膜。熔融该薄膜在200℃处理5min擦除的制备方法的效果,使得膜的冷却和第二加热温谱图变得相同。
图1。
偏差示扫描量热法加热温谱图(VDF)-TrFE的和三氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE的)制备通过旋涂法(为3μm),并通过溶剂浇铸,薄膜(25微米),在80℃下进行60分钟干燥和热处理,在140℃下60分钟。Ŧ 居里:居里转变温度。Ŧ 米: 熔化温度。
我们的属性的差异的TrFE的共聚单体单元的旋涂薄膜的结晶和无定形区域内较少的均匀分布。实际上,诱导用旋涂法的限制,预计减少链的移动性,以及作为溶剂的蒸发速度较高,三氟乙烯共聚单体可能不太能够分散均匀。然而,制备方法对本电影的压电性能和机械性能没有影响。也有在薄膜的从短超声压电或机械性能没有显著作用,退火前干燥,或者当膜比约为100nm,这是P(VDF-TrFE的)的结晶的临界值更厚。
出人意料的是,超声波对本放宽在聚合物链的高温产生明显的影响:参见图2。在80℃下对应于α松弛(玻璃化转变)峰值移位到较低的温度,最多 超出这个峰值,相位角(谭δ),较粘稠的比例向超声处理的薄膜的弹性能量,令人惊奇的持续减少,而不是开始增加,因为它接近的熔化温度。这仍然需要充分的理解。此外,该研究表明,在140℃的短退火以10分钟就足以获得良好的结晶膜,这是有趣的行业,其中退火一个小时或更多,通常使用。
图2。
储能模量E'and的相位角谭δ对温度的曲线。情节揭示变化α松弛(玻璃化转变)作为超声处理的结果。
综上所述,我们通过旋涂和溶剂浇铸制备P(VDF-TrFE的)的电影。有两个膜的熔化转变之间的差异很小,但旋涂薄膜的居里转变为更广泛的,较不强烈的,并转移到较高温度。超声移位的α松弛温度较低,和褐色δ的超声处理的薄膜的温度降低,因为它接近熔化温度,这是令人惊讶的和不理解。我们的下一步是探索包埋在聚合物中的各种纳米填料如何影响涂膜性能。的确,我们期望P(VDF-TrFE的)纳米复合材料具有非常有前途的机械,光学和铁电性能。