论文总字数：23416字

摘 要

本文通过用脲、硫脲和硫酸铵等小分子对PVA进行改性后，用热压法与PVDF薄膜共混制成复合膜，并且对其进行了材料晶态取向与介电、铁电以及压电性能测试，对三种改性情况进行了比较，所得结果对于PVDF基聚合物共混压电薄膜的研究以及通过小分子来提高极性进而促进材料压电性能的研究具有重要的指导意义。

论文主要研究了不同小分子对于PVDF/PVA复合膜的晶相构成与介电、压电以及铁电方面性能的影响，并且论证了通过PVA与PVDF共混能否有效提高其介电性能。

研究结果表明：小分子改性能能够有效提高PVA的极化从而提高PVDF复合膜的压电性能，其中脲和硫脲作为改性剂对压电性能等的提高有显著作用。

本文的特色：用小分子脲、硫脲以及硫酸铵等改性PVA后，与PVDF复合得到PVDF基复合压电薄膜，侧面提高PVDF薄膜的压电性。

关键词：压电；聚偏氟乙烯；聚乙烯醇；复合；改性

Abstract

In this paper, after modifying PVA with small molecules such as urea, thiourea and ammonium sulfate, the composite film is made by blending with PVDF film by hot pressing method, and the material crystal orientation and dielectric, ferroelectric and Piezoelectric performance test, comparing the three modifications, the results obtained are of great guiding significance for the research of PVDF-based polymer blended piezoelectric films and the study of improving the piezoelectric properties of materials by using small molecules to increase polarity .

The thesis mainly studies the influence of different small molecules on the crystal structure and dielectric, piezoelectric and ferroelectric properties of PVDF / PVA composite films, and demonstrates whether the blending of PVA and PVDF can effectively improve the dielectric properties.

Key Words：PVDF；PVA；piezoelectricity；modification ; composite

目 录

第1章 绪论................................................................................................................1

1.1 引言...................................................................................................................1

1.2 压电材料简介...................................................................................................1

1.3 压电聚合物材料...............................................................................................2

1.4 压电聚偏氟乙烯材料.......................................................................................3

1.4.1 PVDF的压电性原理..................................................................................3

1.4.2 PVDF的晶型结构与调控..........................................................................7

1.5 聚乙烯醇薄膜...................................................................................................8

1.5.1 PVA简述.....................................................................................................9

1.5.2 PVA的物理与化学性质.............................................................................9

1.5.3 PVA的改性.................................................................................................9

1.5.3.1 有机-无机杂化改性............................................................................9

1.5.3.2 化学交联改性.....................................................................................9

1.5.3.3 物理复合改性.....................................................................................9

1.6 本课题研究内容与意义以及创新点.............................................................10

1.6.1 主要内容..................................................................................................10

1.6.2 意义..........................................................................................................10

1.6.3 创新点......................................................................................................10

第二章 PVDF/PVA复合膜制备与性能表征测试...................................................12

2.1 引言.................................................................................................................12

2.2 主要实验试剂.................................................................................................12

2.3 PVDF/PVA复合膜的制备...............................................................................12

2.3.1 PVDF薄膜的制备过程............................................................................12

2.3.2 改性PVA薄膜的制备过程.....................................................................12

2.3.3 PVDF/PVA复合膜的制备、拉伸与极化过程.......................................13

2.4 性能测试与表征.............................................................................................13

2.4.1 PVDF/PVA复合膜XRD测试.................................................................13

2.4.2 PVDF/PVA复合膜FTIR测试..................................................................16

2.4.3 PVDF/PVA复合膜铁电测试....................................................................17

2.4.4 PVDF/PVA复合膜压电测试....................................................................18

2.4.5 PVDF/PVA复合膜介电测试....................................................................19

第三章 总结与展望..................................................................................................21

3.1 主要结论.........................................................................................................21

3.2 研究展望.........................................................................................................21

参考文献....................................................................................................................23

致谢............................................................................................................................25

第1章 绪论

1.1 引言

进入二十一世纪以来，用清洁安全的化石能源替代传统化石能源，从根本上缓解能源危机，解决包括雾霾等各种生态问题刻不容缓。但由于技术发展水平问题，用可再生能源替代传统化石能源仍然备受挑战。而通过压电效应、电磁感应和静电等多种机制，从人类运动、生物力学、风、水流和振动等自然环境中丰富的废弃机械能中回收能量便是一种很有前途且有效的方法。压电材料是受到外界机械压力是会在两端面产生电压的晶体材料，因其能够完成电-力转换的独特性能自问世以来便引起了科学界的广泛关注。压电材料主要包括压电陶瓷、压电晶体、压电复合材料和压电高聚物材料等。近来，随着科学技术的快速发展与行业应用需求，加上科研人员的不懈探索与努力，压电材料呈现出无铅化、复合化、功能特殊化、高性能化、结构微型化、薄膜化的趋势^[1-2]。

聚偏氟乙烯（Polyvinylidene fluoride，简称PVDF）是压电聚合物中性能最优越的材料^[3]。相较于制备温度极高、工艺复杂、具有脆性和刚性的压电陶瓷，PVDF具有加工性能好、体积小、质量轻、柔性好、机械强度高等优点。同时其耐化学腐蚀、良好热稳定性和具有较高的热电、压电系数的特点使其在压电材料中脱颖而出，广泛应用于工业生产、医疗行业、日常生活当中^[4-5]。尤其是近几年PVDF薄膜被广泛用于智能材料的研发当中^[6]。因此，对于PVDF压电薄膜材料制备与改性的研究对社会的发展有着至关重要的作用。

1.2 压电材料简介

电荷在电场中发生微小位移的性质叫做介电性质。介电材料又叫电介质，是以电极化为特征的材料。而电极化是在电场下分子中正负电荷中心发生相对位移而产生电偶极矩的现象。

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