0-3型陶瓷-聚合物壓電復合材料極化性能改善的研究.pdf

1、0-3型陶瓷/聚合物壓電復合材料因機械強度高、聲阻抗小、與水和生物體的匹配性好等優(yōu)點，可用于水聲換能器、醫(yī)學傳感器等領(lǐng)域。0-3型壓電復合材料中的壓電陶瓷相主要以顆粒狀分布，兩相的介電常數(shù)有很大的差異導致壓電陶瓷相在極化過程中分布電場很小，難以得到有效的極化。改善0-3型陶瓷/聚合物壓電復合材料的極化性能可以通過改變其極化方式和提高陶瓷相上的分布電壓來實現(xiàn)。本論文從兩方面研究了如何改善0-3型陶瓷/聚合物壓電復合材料的極化性能。一是制備

2、低居里溫度的Ba摻雜銻鋯鈦酸鉛(PSZT)壓電陶瓷，然后制備出0-3型PSZT/PVDF壓電復合材料，通過高溫極化改善復合材料的極化性能。二是建立含中間過渡層0-3型陶瓷/聚合物壓電復合材料的模型，并通過在0-3型PZT/PVDF壓電復合材料中引入鈦酸鈣(CaTiO3)中間過渡層來對模型進行驗證。
　　 采用固相法制備了組成為0.98Ph1.0-xBaxTi0.48Zr0.52 O3-0.02PbSbO3(x=0.14，0.16

3、，0.18，0.20，0.22，0.24)壓電陶瓷。Ba摻雜引起了PSZT陶瓷結(jié)構(gòu)、居里溫度、介電性能和壓電性能的變化。當Ba摻雜量為0.22時制備出了具有低居里溫度、高壓電應(yīng)變常數(shù)的壓電陶瓷，其具體的性能如下：居里溫度為156℃，介電常數(shù)為5873，介電損耗為0.0387，壓電應(yīng)變常數(shù)為578 pC/N，機電耦合系數(shù)為0.63，機械品質(zhì)因數(shù)為37.3。
　　 采用自制流涎成型設(shè)備制備了具有低居里溫度的0-3型PSZT/PVDF

4、壓電復合材料，采用高溫極化方式對其進行極化。通過XRD、壓電應(yīng)變常數(shù)的分析表明，提高高溫極化時的終止極化電壓可以改善復合材料的極化性能；和常規(guī)極化方式相比，高溫極化方式可以降低復合材料的極化電壓。
　　 基于Furukawa的0-3型壓電復合材料的模型，建立了含中間過渡層的0-3型壓電復合材料模型。從理論上分析了中間過渡層的體積分數(shù)、中間過渡層和聚合物基體介電常數(shù)比對陶瓷相上分布電場的影響，結(jié)果表明引入合適體積分數(shù)和介電常數(shù)的中

5、間過渡層可以提高極化時0-3型壓電復合材料中壓電陶瓷上的電場分布。
　　 采用溶膠-凝膠法在PZT壓電陶瓷顆粒表面包覆了不同含量的CaTiO3，并制備了CaTiO3中間過渡層體積分數(shù)分別為0％，7％，14％，21％，28％和35％的0-3型PZT/PVDF壓電復合材料。CaTiO3的體積分數(shù)小于21％時，含CaTiO3中間過渡層的0-3型PZT/PVDF壓電復合材料的介電常數(shù)實驗值與理論值吻合較好，當CaTiO3的體積分數(shù)大于2