基于聚合物異質(zhì)結(jié)構(gòu)的新型駐極體的制備及性能研究.pdf

1、駐極體由于具有可以永久帶電的性質(zhì),廣泛的應(yīng)用于傳感器、MEMS器件、過濾器等多種功能元器件中。如駐極體可以用作麥克風(fēng)中的振膜,聲波作用于振膜時便可以在振膜與對電極間產(chǎn)生電信號。將駐極體材料應(yīng)用于MEMS振動式發(fā)電機中,無需提供偏置電壓便可將振動能轉(zhuǎn)換成電能。除此之外,駐極體還可用作過濾器中的靜電吸附材料,利用其本身所帶電荷吸附空氣中的微小顆粒。駐極體用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,可以對藥物的透皮吸收產(chǎn)生促進作用,等等。
　　從理論上來講,駐極

2、體的應(yīng)用非常廣泛。但是由于目前所制備的駐極體電荷存儲密度和電荷存儲穩(wěn)定性與很多實際應(yīng)用的要求還有很大差距,使得多種基于駐極體的應(yīng)用還處于實驗室階段,不能達到商業(yè)應(yīng)用的要求。因此制備具有高電荷密度和高電荷存儲穩(wěn)定性的新型駐極體,對促進駐極體由實驗室走向商品化具有重要意義。
　　本文中,首先研究了界面夾層極化FEP和PP駐極體的異質(zhì)界面上的電荷存儲特性,進而對PTFE/THV/PTFE三層復(fù)合膜的駐極體特性進行了研究。
　　本文

3、的主要內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)用界面夾層極化的方法,在不同的充電電壓和充電溫度下對FEP和PP雙層膜進行充電。FEP膜與PP膜的異質(zhì)界面帶有同種電荷,且電荷由PP膜一側(cè)注入,即兩種膜異質(zhì)界面的電荷極性與PP膜一側(cè)的電極極性一致。提高充電電壓可以增大界面處的自由電荷聚積密度,提高充電時的溫度可以改善薄膜對電荷的捕獲能力。高溫高壓下獲得的PP和FEP駐極體膜具有良好的表面電位穩(wěn)定性。
　　(2)為了研究界面夾層極化過程中電荷

4、的積聚過程,用示波器對充電時的電流進行觀測。結(jié)果表明充電溫度越高,電介質(zhì)的電導(dǎo)率越小,傳導(dǎo)電流就越小。充電電壓升高,傳導(dǎo)電流會變大。傳導(dǎo)電流由初始態(tài)到穩(wěn)態(tài)的過程中變化的幅度可以反映出界面處電荷積累的量的多少,下降的幅度越大說明電荷積累的量越多。
　　(3)用平板硫化機在高溫高壓的條件下將PTFE膜和THV膜壓合成厚度約為150μm的PTFE/THV/PTFE三層復(fù)合膜,并用熱極化的方法在不同的充電條件下對其極化。實驗發(fā)現(xiàn)充電溫度為

5、100℃,充電電壓為3kV時,可以制得駐極體性能比較理想的PTFE/THV/PTFE駐極體膜。
　　(4)PTFE/THV/PTFE復(fù)合膜所存儲的電荷主要可以分為三部分,第一部分為電極與復(fù)合膜之間氣隙中的火花放電而產(chǎn)生的電荷,這部分電荷主要沉積在復(fù)合膜表面和近表面的淺阱中;第二部分是由電極注入的電荷,這部分電荷分布在樣品的表面和近表面以及PTFE膜與THV膜的界面處;第三部分是凍結(jié)在THV夾層中的取向偶極電荷。PTFE/THV/P

6、TFE復(fù)合膜駐極體中所存儲的同號電荷大部分位于樣品的表面,所以經(jīng)酒精擦洗后的樣品表面電位會降低至只有十幾到幾十伏。而酒精擦洗后樣品表面電位的回升是THV夾層中的取向偶極子所產(chǎn)生靜電場作用下,空氣中的負離子在薄膜表面不斷聚積的結(jié)果。
　　(5)復(fù)合膜的電位恢復(fù)能力與構(gòu)成復(fù)合膜的各層材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有密切關(guān)系。要想使復(fù)合膜極化后具有良好的電荷存儲穩(wěn)定性,且當(dāng)表面被酒精擦洗后具有較強的電荷恢復(fù)能力,復(fù)合膜各層應(yīng)具有以下特點:復(fù)合膜的外層