0-3型陶瓷-聚合物壓電復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能研究.pdf

1、0-3型陶動(dòng)聚合物壓電復(fù)合材料因具有柔韌性好、聲阻抗小、與生物體組織阻抗匹配和易加工等優(yōu)點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于水聽器、超聲傳感器等。目前,0-3型壓電復(fù)合材料的壓電性能還遠(yuǎn)不能與壓電陶瓷相比較,最根本的因?yàn)橹皇菈弘娞沾上嗟南鄬?duì)介電常數(shù)比聚合物基體的大得多,在極化過(guò)程中陶瓷相上分布電壓只分得外加極化電壓的小部分,使復(fù)合材料中陶瓷相難以得到充分極化。因此,提高O-3型壓電復(fù)合材料中壓電陶瓷相的極化率是有效改善其壓電性能的一條重要途徑。本文從兩個(gè)

2、方面提出了改善0-3型壓電復(fù)合材料極化性能的新方法:一是制備低Curie溫度低介電常數(shù)的La摻雜PZT的壓電陶瓷(PLZT),然后制備出0-3型PLZT／PVDF壓電復(fù)合材料,通過(guò)降低復(fù)合材料陶瓷相的Curie溫度和介電常數(shù)改善其極化性能；二是基于0-3型復(fù)合材料中間層模型從理論上討論了中間層電導(dǎo)率對(duì)復(fù)合材料中陶瓷顆粒上電壓系數(shù)的影響,并通過(guò)在復(fù)合材料中引入ZnO中間層對(duì)理論推導(dǎo)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　 采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)燒結(jié)法制備了L

3、a摻雜PZT的(Pb1-xLax)(Zr0.5Ti0.5)1-x／4O3(x=0.01,0.03,0.07,0.09,0.11,0.13)壓電陶瓷,隨著La摻雜量的增加,PLZT陶瓷中四方相逐漸向三方相轉(zhuǎn)變,準(zhǔn)同型相界向三方相移動(dòng),當(dāng)La含量在x=0.13處四方相幾乎完全轉(zhuǎn)化為三方相；四方度逐漸減小,晶胞參數(shù)先增大后減小而晶粒尺寸呈先減小后增大的趨勢(shì)；PLZT陶瓷的Curie溫度從356℃幾乎呈線性下降直至室溫; PLZT陶瓷的相對(duì)介電

4、常數(shù)εr和tanδ逐漸增大,而d33和Kp呈先增大后減小的趨勢(shì),在x=0.07處分別取得極大值224 pC／N和0.5。
　　 采用流延法制備了0-3型PLZT／PVDF壓電復(fù)合材料,通過(guò)壓電應(yīng)變常數(shù)d33分析表明,La摻雜量對(duì)0-3型PLZT／PVDF復(fù)合材料的介電、壓電性能有明顯影響。隨著La摻雜量從0.01.增加到0.11,復(fù)合材料εr和d33均呈增大的趨勢(shì),尤其是d33從20 pC／N增大到34 pC／N。
　　

5、 基于0-3型復(fù)合材料的中間層模型,從理論上推導(dǎo)出了中間層電導(dǎo)率與陶瓷相的電壓系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。從理論上分別分析了中間層電導(dǎo)率σⅰ和體積分?jǐn)?shù)ψⅰ對(duì)復(fù)合材料中陶瓷相上的壓電系數(shù)Lσ的影響,結(jié)果表明,只有引入電導(dǎo)率適當(dāng)且少量的中間電導(dǎo)層才能有助于提高Lσ,而減小聚合物的電導(dǎo)率或增大陶瓷相的電導(dǎo)率同樣有利于提高含中間層復(fù)合材料中陶瓷相上的壓電系數(shù)Lσ。
　　 采用熱分解法制備了PZT／ZnO復(fù)合粉體,并采用流延法制備了ZnO體積分?jǐn)?shù)分