鐵電聚合物P(VDF-TrFE)納米結(jié)構的制備及其應用研究.pdf

1、聚合物普遍具有低成本，易加工，柔韌性好，重量輕等天然優(yōu)勢，因此成為材料研究的一個熱點。而以聚偏氟乙烯（PVDF）及其共聚物為代表的鐵電聚合物材料，不僅擁有這些聚合物的共性，同時還擁有鐵電性，壓電性，熱釋電性等一系列獨特的性能，這些特性使得鐵電聚合物材料在鐵電信息存儲，壓力傳感器，紅外探測器，太陽能電池等領域具有廣泛的應用前景。對于PVDF及其共聚物而言，其鐵電性來源于分子鏈中 H-F原子對組成的偶極的定向排列，因此其片晶以及分子鏈的取向

2、會對材料的性能產(chǎn)生深刻的影響。為此，科研人員研究了包括空間受限誘導，拉伸誘導，電場誘導等一系列方法來獲得特定取向的晶體結(jié)構。這些具有特定取向結(jié)構的晶體在某些物理性質(zhì)上得到了巨大的提升，從而為制備具有優(yōu)異性能的有機功能器件提供了基礎。
　　由偏氟乙烯和三氟乙烯共聚而來的聚合物聚偏氟乙烯-三氟乙烯 P(VDF-TrFE)相對于PVDF而言具有更加穩(wěn)定的?相結(jié)構，這意味著P(VDF-TrFE)擁有更加可靠的鐵電性，因此本論文選擇以P(V

3、DF-TrFE)作為研究對象。本課題組在先前的研究中已經(jīng)對P(VDF-TrFE)在空間受限條件下的取向以及性能的關系進行了大量的研究，確認了空間受限條件下片晶的取向行為對材料的物理性能具有決定性的作用。在此基礎之上，我們以多孔陽極氧化鋁（AAO）作為模板，通過納米壓印的方法，構筑了不同直徑的P(VDF-TrFE)納米柱結(jié)構。通過PFM測試我們發(fā)現(xiàn)相對于薄膜體系而言，圖案化的納米柱結(jié)構具有更強的壓電響應以及更小的矯頑場，并且矯頑場的大小則

4、隨著納米柱直徑的減小而逐漸降低。隨后我們將這一納米陣列結(jié)構應用于P3HT:PCBM共混體系的聚合物太陽能電池中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在不同極化狀態(tài)下太陽能電池的效率最多相差了一倍，正向極化狀態(tài)下電池效率相對于未極化狀態(tài)提高了25％。
　　除了在太陽能電池上的應用外，由于P(VDF-TrFE)具有優(yōu)異的壓電性能，其在壓力傳感器，壓電式納米發(fā)電機等壓電器件中也有大量應用。在本文中，我們以多孔聚酰亞胺薄膜作為襯底，利用熔融填充的方法，在聚酰亞胺管道

5、中構筑了結(jié)構連續(xù)的P(VDF-TrFE)納米線，并對其在外部壓力作用下產(chǎn)生的壓電響應性能進行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比較于同樣熱處理條件下的薄膜樣品而言，納米線結(jié)構具有更為強烈的壓電響應信號，隨后通過掠入射 X射線衍射我們分析了納米線以及薄膜中分子鏈的取向方式，發(fā)現(xiàn)在納米線結(jié)構中分子鏈沿著垂直于管道的方向排列，而薄膜分子鏈方向則沿著垂直于襯底的方向。另外，我們根據(jù)電壓響應與壓力之間的關系，計算了納米線結(jié)構的壓電電壓常數(shù)，發(fā)現(xiàn)其比薄膜體系有了巨