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作者：雷丹重庆大学

学位级别：硕士

压电材料可以实现机械能-电能的转换,是现代电子技术中重要的基础材料之一,在近一百多年内得到了非常广泛的研究。其中,聚偏氟乙烯(Poly(vinylidene fluoride),PVDF)及其共聚物高分子压电材料,具有柔韧性好、可塑性强、耐腐蚀等优点,被... 详细信息

压电材料可以实现机械能-电能的转换,是现代电子技术中重要的基础材料之一,在近一百多年内得到了非常广泛的研究。其中,聚偏氟乙烯(Poly(vinylidene fluoride),PVDF)及其共聚物高分子压电材料,具有柔韧性好、可塑性强、耐腐蚀等优点,被广泛应用在工程、医学、航空等领域。但因其压电性能较低,限制了进一步的应用,因此提升其压电性能是目前研究中的关键。本文通过将镍(Ni)纳米颗粒和铁酸钴(CoFeO)纳米颗粒作为加强剂,聚偏氟乙烯-六氟丙烯(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene),PVDF-HFP)为基体,制备了高压电性能的压电复合材料薄膜,测试了其标准开环电压。同时系统的探索其制备工艺,确定了高电场极化对压电性能的决定性作用,最后对薄膜形貌、结晶度、晶相转变、纳米颗粒分布状态、加强机理等问题进行了系统地分析。本文包括以下研究内容:(1)首先研究电场极化强度对纯PVDF-HFP压电薄膜的压电性能的影响。结果表明,随着极化电场强度的增加,纯PVDF-HFP压电薄膜的标准开环电压不断增加,当极化电场强度为140 MV/m时,最高可达3.35 V,比极化电场强度70 MV/m时(1.41 V)提高138%,比极化电场强度90 MV/m时(2.11 V)提高59%,β晶相的相对含量最高值为98%,结晶度最高达到41%,验证了高电场极化的决定性作用。(2)其次,制备了PVDF-HFP/Ni压电复合材料薄膜,最高极化电场到130 MV/m,对薄膜的压电性能进行了研究。结果表明,Ni纳米颗粒对PVDF-HFP/Ni压电复合材料薄膜的压电性能具有提升作用。当Ni纳米颗粒浓度为0.1 wt.%时,其标准开环电压达到最高值3.84 V,比同极化强度下的纯PVDF-HFP压电薄膜(3.12 V)提高23%,β晶相的相对含量最高值为98%,结晶度最高达到37%。(3)最后制备了PVDF-HFP/CoFeO压电复合材料薄膜,薄膜最高极化电场强度到120 MV/m,对压电薄膜的开环电压进行了测量。结果表明,CoFeO纳米颗粒对PVDF-HFP/CoFeO压电复合材料薄膜的压电性能具有促进作用。当CoFeO纳米颗粒浓度为0.15 wt.%时,其标准开环电压达到最高值3.57 V,β晶相的相对含量最高达到99%,结晶度最高达到48%。

关键词： PVDF-HFP 高电场极化压电性纳米颗粒

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基于分子动力学的P(VDF-TrFE)高电场极化仿真

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武汉科技大学学报 2023年

作者：余震胡柯秦庆平任豪豪通标标准技术服务(青岛)有限公司武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室

P(VDF-TrFE)共聚物具有优异的铁电性能,可用于制作柔性压电传感器。在试验研究中,通常采用高电场极化来增强其压电效应。为了研究该共聚物的传感特性,本文利用分子动力学模拟软件Materials Studio(MS)建立P(VDF50-TrFE50)的三维晶胞模型... 详细信息

P(VDF-TrFE)共聚物具有优异的铁电性能,可用于制作柔性压电传感器。在试验研究中,通常采用高电场极化来增强其压电效应。为了研究该共聚物的传感特性,本文利用分子动力学模拟软件Materials Studio(MS)建立P(VDF50-TrFE50)的三维晶胞模型,模拟高电场极化过程,研究各项极化条件对其剩余极化的影响。结果表明:在高电场强度下,晶胞内的大部分铁电畴在极短时间内完成翻转;P(VDF50-TrFE50)的极化强度与外加电场强度正相关,但当电场强度高于5 V/nm后,极化强度增长减缓;晶胞在低温时保持铁电相而在高温时则转变为顺电相;被充分极化的P(VDF50-TrFE50)晶胞的最高剩余极化为59.94 mC/m2。该研究表明MS软件具有模拟P(VDF-TrFE)聚合物材料压电特性的能力,可为后续试验研究及传感器制作提供仿真依据。

关键词： P(VDF -TrFE ) 分子动力学仿真压电传感极化强度高电场极化

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基于分子动力学的P(VDF_(50)-TrFE_(50))高电场极化仿真

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武汉科技大学学报 2023年第6期46卷 441-450页

作者：余震胡柯秦庆平任豪豪武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室湖北武汉430081 通标标准技术服务(青岛)有限公司山东青岛266101

P(VDF-TrFE)类共聚物具有优异的铁电性能,可用于制作柔性压电传感器。在试验研究中,通常采用高电场极化来增强其压电效应。为了研究该共聚物的传感特性,本文利用分子动力学模拟软件Materials Studio(MS)建立P(VDF_(50)-TrFE_(50))的三... 详细信息

P(VDF-TrFE)类共聚物具有优异的铁电性能,可用于制作柔性压电传感器。在试验研究中,通常采用高电场极化来增强其压电效应。为了研究该共聚物的传感特性,本文利用分子动力学模拟软件Materials Studio(MS)建立P(VDF_(50)-TrFE_(50))的三维晶胞模型,模拟高电场极化过程,分析各项极化条件对其剩余极化的影响。结果显示:在高电场强度下,晶胞内的大部分铁电畴在极短时间内完成翻转;P(VDF_(50)-TrFE_(50))的极化强度与外加电场强度正相关,但当电场强度高于5 V/nm后,极化强度增长减缓;晶胞在低温时保持铁电相而在高温时转变为顺电相;被充分极化的P(VDF_(50)-TrFE_(50))晶胞的最高剩余极化强度为59.94 mC/m^(2)。该研究表明MS软件具有模拟P(VDF-TrFE)聚合物材料压电特性的能力,可为后续试验研究及传感器制作提供仿真依据。

关键词： P(VDF_(50)-TrFE_(50)) 分子动力学仿真高电场极化压电传感极化强度

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