三明治型FEP-THV-FEP復(fù)合膜駐極體的制備及其性能研究.pdf

1、駐極體由于具有持久穩(wěn)定的靜電場(chǎng)而被人們所關(guān)注，并在麥克風(fēng)等聲電傳感器件中得到了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)的研究主要圍繞其在微電子機(jī)械系統(tǒng)（Micro Electro Mechanical System，MEMS）中的應(yīng)用，其中駐極體能量收集器或稱為駐極體發(fā)電機(jī)是研究的熱點(diǎn)。它是利用駐極體在電極之間產(chǎn)生電位差，通過(guò)振動(dòng)激勵(lì)使電極之間發(fā)生相對(duì)位移，實(shí)現(xiàn)電荷的流動(dòng)。人們已經(jīng)提出許多駐極體能量收集器模型，其功率輸出大小與駐極體材料的表面電荷密度成正比，因

2、此尋找具有高表面電荷密度和電荷穩(wěn)定性的駐極體材料對(duì)提高駐極體發(fā)電機(jī)的輸出功率至關(guān)重要。本文在綜述現(xiàn)有駐極體材料研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了將具有不同介電性能的聚合物復(fù)合形成多層膜，利用由此產(chǎn)生的異質(zhì)界面結(jié)構(gòu)來(lái)提高電荷存儲(chǔ)密度和電荷穩(wěn)定性的設(shè)想。采用高溫熔融復(fù)合工藝和熱極化及電暈充電方法制備了三明治型FEP/THV/FEP復(fù)合膜駐極體，采用表面電位測(cè)量方法研究了材料的電荷存儲(chǔ)穩(wěn)定性。本文的主要研究?jī)?nèi)容和取得的成果如下：
　　1．研究了充

3、電條件對(duì)復(fù)合膜駐極體電荷存儲(chǔ)性能的影響，結(jié)果表明：復(fù)合膜的表面電位值隨熱極化溫度升高和充電電壓的增加而增大，130℃-3k/v條件下充電得到的駐極體電荷存儲(chǔ)性能最優(yōu)；而單層 FEP膜的表面電位隨充電條件的變化很小，而單層THV膜的表面電位值很低；對(duì)充電后表面電位的變化規(guī)律分析發(fā)現(xiàn)，單層 FEP膜充電后先有一小幅度的衰減然后呈現(xiàn)穩(wěn)定值，而復(fù)合膜先有一小幅度的增加然后呈現(xiàn)穩(wěn)定值。
　　2．盡管FEP單層膜與三明治型FEP/THV/FE

4、P復(fù)合膜在充電后的常溫存儲(chǔ)時(shí)都顯示非常好的電荷存儲(chǔ)穩(wěn)定性，但對(duì)不同膜表面進(jìn)行破壞性的酒精擦洗實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，復(fù)合膜的表面電位能夠很快恢復(fù)，而單層 FEP膜表面被酒精擦洗后，表面電位將不能恢復(fù)。
　　3．對(duì)于電荷存儲(chǔ)性能優(yōu)異的三明治型FEP/THV/FEP復(fù)合膜駐極體材料，考察了三明治型 FEP/THV/FEP復(fù)合膜駐極體的壓電性能，測(cè)得其壓電系數(shù) d33最高可達(dá)57.8pC/N，是傳統(tǒng)的聚合物壓電材料 PVDF的三倍，顯示出這類材料具有

5、很好的壓電性應(yīng)用前景。
　　4．對(duì)三明治型FEP/THV/FEP復(fù)合膜駐極體進(jìn)行熱刺激表面電位衰減分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)復(fù)合膜駐極體表面電位衰減曲線有一個(gè)峰值，這是與單一膜駐極體的結(jié)果完全不同，究其原因發(fā)現(xiàn)：這種現(xiàn)象可能與復(fù)合膜非極性-極性-非極性型組合的結(jié)構(gòu)有關(guān)，與駐極體內(nèi)同時(shí)含有存儲(chǔ)在FEP層中的注入空間電荷與THV層內(nèi)偶極電荷有關(guān)。
　　5．提出了三明治型FEP/THV/FEP復(fù)合膜的電荷存儲(chǔ)模型，初步分析表明：三明治型FEP