0—3型PZT/PVDF压电复合材料的制备及其性能研究

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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。
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