新型铁电聚合物微结构调控及其与电性能关系的研究

Poly(vinylidiene fluoride) (PVDF) and its copolymers are the most investigated ferroelectric polymer system with piezoelectric and pyroelectricity. It has become one of the important tasks of improving piezoelectric constants and decreasing dissipation factor and coercive field. In our project, we will investigate the molecular chain structure (copolymer composition, and electron beam irradiation) and the relationship between micro structure and electric performance. We will analysis the impact of the changes of chain structure on crystallization kinetics, crystalline morphology, crystallization and Crystal integrity of polymers, and investigate the relationship between the changes of microstructure and electrical properties. We will also pay attention to the effect of crystal conditions on the aggregate structure. Besides, we will analyze the effect of defects structure on polymer crystal size, and crystallinity. And then we will investigate the relationship between the micro structure and electric performance and the effects of conditions on crystal size and crystallinity. All of these will help to establish the relationship of chain structure-aggregate structure-electrical properties and will be useful for manufacture novel ferroelectric polymers.

聚偏氟乙烯基铁电聚合物具有铁电效应、热电效应及压电效应，如何降低介电损耗及矫顽电场，提高其压电常数已成为重要课题之一。本课题以三氟乙烯与偏氟乙烯共聚物分子链结构设计及微结构与其电性能间关系为研究对象，主要研究分子链结构变化对聚合物结晶动力学、结晶形貌、结晶尺寸及结晶完整性的影响，分析微结构变化与电性能间关系。通过三氟乙烯与偏氟乙烯共聚物的合成，共聚物组成、电子束辐照及结晶条件对聚集态结构的影响，分析第二单体(三氟乙烯)及化学缺陷(电子束辐照引入)等缺陷结构引入对聚合物晶胞尺寸、结晶度等聚集态结构及微结构与电性能间关系，并进一步通过改变结晶条件对确认结晶尺寸大小、结晶度及结晶完整性对电性能的影响，建立分子链结构-聚集态结构-电性能间关系，为未来铁电聚合物的分子结构设计提供理论基础。

聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物具有良好的铁电、压电性能，且声阻抗小，响应频率宽、轻质、高柔、无毒和易加工的特性，可在传感器、促动器、非永久性存储、太阳能电池和能量采集器等方面取得应用，与传统的铁电陶瓷相比，其应用领域更为广泛。聚偏氟乙烯基铁电聚合物具有铁电效应、热电效应及压电效应，如何降低介电损耗及矫顽 电场，提高其压电常数已成为重要课题之一。不同的处理方法对P(VDF-TrFE)的结晶结构、结晶尺寸及结晶度有显著影响，进而影响聚合物的电性能。在本项目中，我们探索不同制备方法对共聚物结晶结构的影响及铁电性能的变化，选择的方法包括不同速率降温、熔体淬火和电纺，建立了方法-结构-性能间的关系。在研究过程中，我们发现：(1)快速降温不利于非极性相HT的形成，但有利于极性相(CL、LT)，尤其是CL相的形成；(2) 薄膜的永久极化强度随电场强度的增加，经缓慢增长后迅速增大，矫顽电场的强度也随电场强度的增加而增大。永久极化强度先随薄膜厚度的增加而迅速增大，而后几乎保持不变，矫顽电场则是随着薄膜厚度的增加持续的减小；(3) 静电纺丝制备的纤维膜材料，由于尺寸限制作用，极性晶畴的尺寸较小，可以快速的将能量释放，并返回原来的状态，因而在能量存储方面有很好的应用前景。