【摘要】：以可穿戴設(shè)備,柔性電子屏幕、柔性多功能傳感器為代表的柔性電子器件是近些年來(lái)興起的一種新型電子器件。這類器件有著柔性可彎曲、生物相容性優(yōu)、材料成本低廉等獨(dú)特性質(zhì),在信息、能源、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。聚偏氟乙烯(PVDF)材料是目前研究應(yīng)用最廣泛的柔性電子材料之一,但是傳統(tǒng)的三步法制備工藝大大限制了該材料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。因此,本文從制備熱釋電PVDF薄膜入手,研究制膜工藝對(duì)薄膜性能的影響。(1)首先從成膜的基板材料著手,研究了流延在不同材質(zhì)基板上的PVDF薄膜的結(jié)晶度、結(jié)晶相、熱釋電響應(yīng)。發(fā)現(xiàn)在親水性優(yōu)的基板制備的PVDF薄膜β相含量高,同時(shí)結(jié)晶度和熱釋電電壓響應(yīng)也高。而對(duì)于親水性相差不大的晶態(tài)基板,基板與PVDF薄膜的四種晶相間存在不同的晶格失配度,而與PVDF的某種結(jié)晶相失配度越小,越容易生產(chǎn)該種結(jié)晶相。銅板與β相PVDF薄膜的晶格失配度很低,僅僅不到0.2%,因此流延在銅板上PVDF的薄膜獲得了高的β相含量。(2)其次,本論文通過(guò)在非晶態(tài)的玻璃基板表面修飾羥基,研究了基板的親水性對(duì)薄膜性能的影響,發(fā)現(xiàn)隨著修飾羥基數(shù)量的增加,PVDF薄膜的結(jié)晶度越高,其中β相提高的比例遠(yuǎn)高于α相提高的比例,而剩余極化強(qiáng)度、相對(duì)介電常數(shù)以及介電損耗也逐漸增加;并且,薄膜與基板之間的附著力越來(lái)越強(qiáng),導(dǎo)致薄膜從基板上揭下的抗剝離力也越來(lái)越大。更重要的是,經(jīng)羥基修飾的PVDF薄膜產(chǎn)生了自發(fā)極化,流延的薄膜無(wú)需后續(xù)的熱極化可以直接測(cè)得熱釋電電壓響應(yīng),說(shuō)明薄膜中的偶極子已經(jīng)有序取向,實(shí)現(xiàn)了一步法制備自發(fā)極化的PVDF熱釋電薄膜。(3)最后,從極化方向、極化程度以及機(jī)理等方面對(duì)自發(fā)極化PVDF薄膜的極化特性進(jìn)行了探究。發(fā)現(xiàn)羥基誘導(dǎo)自發(fā)極化的PVDF薄膜極化方向是從基底指向薄膜;提出“種子層”模型來(lái)闡述自發(fā)極化機(jī)理,薄膜和基板之間氫鍵導(dǎo)致第一層PVDF分子鏈有序取向,并作為“種子層”使得后續(xù)各層分子鏈在靜電力的作用下自下而上有序?qū)?zhǔn);通過(guò)熱極化處理,研究自發(fā)極化薄膜的極化程度,發(fā)現(xiàn)經(jīng)羥基誘導(dǎo)自發(fā)極化的PVDF薄膜的熱釋電響應(yīng)等效于傳統(tǒng)薄膜在場(chǎng)強(qiáng)為23 MV m-1條件下進(jìn)行的熱極化響應(yīng),而反向極化時(shí),薄膜的熱釋電響應(yīng)信號(hào)持續(xù)下降,場(chǎng)強(qiáng)大于27MV m-1時(shí),薄膜的極化方向反轉(zhuǎn)。
【圖文】：

而在這具有壓電效應(yīng)的２１種非對(duì)稱點(diǎn)群中，其中只有具有單一極軸的１０種點(diǎn)群逡逑晶體能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)。換句話而言，晶體有熱釋電效應(yīng)的話就一定會(huì)有壓電效應(yīng)，逡逑而晶體有壓電效應(yīng)的話未必就有熱釋電效應(yīng)。圖１－１列出了鐵電、壓電、熱釋電材逡逑料的關(guān)系圖，其中壓電材料的范圍最大，包括熱釋電材料和鐵電材料。而熱釋電材逡逑料又包括了鐵電材料。逡逑壓電效應(yīng)的研宄較早，理論和應(yīng)用的發(fā)展比較完備。而熱釋電效應(yīng)的研宄起步逡逑較晚，雖然人類在公元三百年就觀察到了熱釋電現(xiàn)象：電氣石吸引輕小物體［１］。但逡逑是科學(xué)家真正開始系統(tǒng)研宄熱釋電效應(yīng)及其實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)到了邋２０世紀(jì)。到了邋２０逡逑１逡逑

靜電紡絲是一種快速制備柔性纖維薄膜的方法，可以滿足人們制備可穿戴電逡逑子器件的需求。Ｐｅｒｓａｎｏ等人［１２］通過(guò)靜電紡絲的方法制備ＰＶＤＦ和Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）納逡逑米纖維薄膜，如圖１－２（ｂ）。把這些薄膜制作成柔性電子器件并編織到紡織品上，制逡逑作成貼身的衣物以此在人類活動(dòng)中獲取能量。這些薄膜機(jī)械性能穩(wěn)定，可反復(fù)彎曲逡逑折疊，無(wú)斷裂。在１邋Ｈｚ的彎曲頻率下，這些薄膜實(shí)現(xiàn)了高達(dá)４０ｎＡ的電流和約１．５逡逑Ｖ的電壓。Ｃｈａｎｇ等人［１３］還利用近場(chǎng)致電紡直接寫入技術(shù)（ＮＦＥＳ）制備了一種基于逡逑ＰＶＤＦ柔性纖維的納米發(fā)電機(jī)如圖ｌ－２（ｃ）所示，在２邋Ｈｚ的壓力下輸出電壓達(dá)４５邋ｍＶ。逡逑將多個(gè)納米纖維通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)的方式排列，，以此增加總的電壓輸出。逡逑ＰＶＤＦ鐵電聚合物及其共聚物作為柔性傳感器時(shí)，可以感知外界的機(jī)械、傳熱逡逑⑷邋１：｜——＜ｂ）；逡逑ｄ邐００邐°－＊ｍｅ（ｓ）邐１－°邐１５邐０．０邐０．１邐０．２邐０．３邐０＾４邐０．５邐０．６逡逑Y媯跡保埃五五澹裕椋�？（句辶x息儒義希板危靛危保板危保靛危玻

本文編號(hào)：2641338