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BiCl3改性PMNSZT/PVDF复合材料的制备及性能研究

作　者: 熊龙宇
导　师: 姜胜林
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 热释电 探测率优值 复合材料 聚合物 β晶相 三氯化铋
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


具有良好柔韧性的热释电复合材料兼具热释电陶瓷和聚合物两相的优点,从而引起越来越多研究者的兴趣。本文通过添加三氯化铋来提高聚偏二氟乙烯（PVDF）膜中的β相,并从微观结构上初步探讨了三氯化铋提高PVDF膜中的β相的作用机理;采用传统的流延工艺制备了PMNSZT/PVDF热释电复合材料,并探讨了在复合材料中添加适量的BiCl3来改善材料的综合性能;系统地研究了热释电陶瓷体积分数、BiCl3含量对热释电复合材料的介电、压电及热释电性能的影响。本文主要研究内容如下:采用传统的流延工艺制备了PVDF厚膜,并通过添加少量的BiCl3来提高PVDF膜中的β相含量。由XRD及FT-IR等微观分析的结果表明,当加入BiCl3之后,PVDF厚膜中的晶型发生了变化,形成了新的晶相。当BiCl3添加量为2%时,β相含量最高;而当BiCl3含量为4%和6%时,β相含量变低,这可能是由于过量的BiCl3分子通过氟桥附着在了PVDF主链上,从而影响了PVDF的结晶。通过流延工艺制备了PMNSZT/PVDF热释电复合材料,并尝试在PMNSZT/PVDF热释电复合材料中添加少量BiCl3来改善材料的性能,运用SEM、XRD等分析手段对其表面形貌及微观结构进行了分析,详细讨论了陶瓷体积分数、BiCl3添加量对复合材料介电、压电及热释电性能的影响。研究结果表明,当陶瓷粉体体积分数为0.4时,复合材料的综合性能最好,其压电系数d33=6PC/N,介电损耗tanδ=0.02,相对介电常数εr=22.6,热释电系数p=4.6×10-8C/cm2·K,其探测率优值Fd达到一个最大值,为9.24×10-5Pa-1/2。研究不同含量的BiCl3改性的0.4PMNSZT/PVDF复合材料发现,当BiCl3添加量为2%时,复合材料的综合性能最好,其压电系数d33=7PC/N,损耗tanδ=0.0196,相对介电常数εr=22.64,热释电系数p及探测率优值Fd均达到一个最大值,分别为5.2×10-8C/cm2·K、10.5×10-5Pa-1/2,与未添加BiCl3的0.4PMNSZT/PVDF复合材料相比,其Fd提高了13.6%。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 引言  9-10
  1.2 热释电效应及热释电探测器原理  10-13
  1.3 热释电材料发展概况  13-14
  1.4 热释电复合材料的发展概况  14-16
  1.5 选题意义及主要研究内容  16-17
2 BiCl_3改性PVDF厚膜材料的制备及性能表征  17-30
  2.1 引言  17-19
  2.2 添加BiCl_3 的PVDF厚膜材料的制备  19-20
  2.3 BiCl_3改性PVDF厚膜材料的介电性能  20
  2.4 BiCl_3含量对PVDF中β相结晶的影响  20-27
  2.5 Mg(NO_3)2·6H_2O改性PVDF的初步研究  27-28
  2.6 本章小结  28-30
3 BiCl_3改性PMNSZT/PVDF热释电复合材料的研究  30-55
  3.1 引言  30-32
  3.2 PMNSZT热释电陶瓷粉体的制备  32-36
  3.3 BiCl_3改性PMNSZT/PVDF热释电复合材料的研究  36-53
  3.4 本章小结  53-55
4 全文总结  55-57
  4.1 本工作的主要结论  55-56
  4.2 有待深入研究的问题及前景展望  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-62
附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录  62

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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