二维弛豫铁电聚合物的相变研究

聚偏二氟乙烯－三氟乙烯－氯代氟乙烯三元聚合物[P(VDF-TrFE-CFE)]是一种弛豫铁电体，具有优异的介电、压电性质，然而其相变特征及相关机理尚不十分清楚，特别是传统半晶聚合物使得研究更加困难。我们将利用Langmuir-Blodgett(LB)技术生长结晶良好、分子链排列高度有序的三元P(VDF-TrFE-CFE)聚合物超薄膜，研究这种二维结构三元聚合物超薄膜的介电弛豫特性，特别是相变特征，分析其微观物理机理。考察聚合物超薄膜低维结构特征与介电特性、相变的关系；探索界面效应、外场(应变、温度、电场)对薄膜结构与性能的作用规律；研究介电特性、相变与聚合物分子构型的关系，重点考察特征分子构型(与弛豫特性关联)随外场变化的规律，从分子水平上理解三元聚合物弛豫机理和相变特征。

项目通过研究聚偏二氟乙烯－三氟乙烯－氯代氟乙烯三元聚合物[P(VDF-TrFE-CFE)]弛豫铁电体的介电、压电性质，阐明了其相变机理源于短程有序的分子构型是其弛豫特性的主要起源，该类聚合物超薄膜的类铁电行为主要源于镜面电荷引起的内建电场，电场诱导短程有序结构向长程有序结构（铁电特征分子构型）的转变，获得了超薄膜的类铁电特征。另外，利用Langmuir-Blodgett(LB)技术生长结晶良好、分子链排列高度有序的三元P(VDF-TrFE-CFE)以及二元P(VDF-TrFE）铁电薄膜的类超晶格结构，发现了其介电，铁电以及压电增强特性，该研究说明短程有序结构可以通过界面耦合效应提升其性能；利用超薄P(VDF-TrFE）铁电薄膜制备了具有超快响应的非制冷红外探测器件；研究了铁电聚合物的电荷输运特性，获得了不同温度区间的电荷输运机制；研究了铁电聚合物的极化反转动力学过程等等。通过该项目研究不仅对材料本征特性获得了深入认识，另外为铁电聚合物器件的设计提供了理论基础。