高靈敏0-3型PLZT-PVDF壓電復(fù)合材料制備工藝與性能研究.pdf

1、本論文分別采用固相反應(yīng)法、溶液澆注-原位熱還原法和熱壓法制備了La摻雜鋯鈦酸鉛（PLZT）、PVDF/石墨烯(RG)復(fù)合材料、0-3型PLZT/PVDF和PLZT/RG/PVDF壓電復(fù)合材料，主要從陶瓷相性能、聚合物改性、制備工藝等方面研究了改善0-3型聚合物基壓電陶瓷復(fù)合材料的電學(xué)性能和機(jī)械性能的方法。其主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　 (1)采用固相反應(yīng)燒結(jié)法成功制備了(Pb1-xLax)(ZryWi1-y)1-x/4O3(P

2、LZT，x=0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08，0.09;y=0.52～0.56)壓電陶瓷，PLZT性能主要受La含量、Zr/Ti比值和燒結(jié)曲線的共同影響。在Zr/Ti=0.55/0.45時，隨著La含量的增加，PLZT陶瓷中三方相逐漸向四方相轉(zhuǎn)變，同時PLZT的晶粒尺寸和相對介電常數(shù)εr逐漸增大，而Curie溫度從312℃近乎呈線性下降直至98℃，密度、壓電應(yīng)變常數(shù)d33和機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Kp呈先增大后減

3、小的趨勢，在x=0.05處分別取得最大值467pC/N和0.727，而機(jī)電耦合系數(shù)Qm呈先減小后增大的趨勢。
　　 (2)PLZT的MPB晶界受到La含量和Zr/Ti比值的共同影響;適當(dāng)?shù)脑黾訜Y(jié)溫度和延長燒結(jié)時間有利于晶粒的成長，材料致密度等綜合性能的提高，但燒結(jié)溫度過高會導(dǎo)致PbO揮發(fā)嚴(yán)重，致使材料缺陷增加，密度下降，從而材料的性能趨向惡化。Pb0.95La0.05(Zr0.555Ti0.445)0.9875O3壓電陶瓷在1

4、280℃/3h燒結(jié)曲線下得到最佳壓電性能:εr=1953，d33=600pC/N，Kp=0.77，Qm=52.6。與輥磨法相比，用振磨法制備PLZT陶瓷粉，操作工藝簡單，粉體粒度容易控制，混入的雜質(zhì)容易去除，且制備出的0-3型PLZT/PVDF壓電復(fù)合材料的電學(xué)性能更好。
　　 (3)采用溶液澆注-原位熱還原法制備了不同RG含量(0.0-10.0wt％)的RG/PVDF復(fù)合材料。作為成核劑，RG促使PVDF晶體由α相轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪?

5、隨著RG含量的增加，PVDF結(jié)晶度不斷下降，RG/PVDF復(fù)合材料的導(dǎo)電性能不斷提高，介電性能不斷增加，介電損耗也有所增加，熱擴(kuò)散系數(shù)和熱導(dǎo)率不斷增大，RG含量10.0wt％的復(fù)合材料的熱擴(kuò)散系數(shù)約是純PVDF的2倍;同時RG的加入可以使PVDF的熱穩(wěn)定性能提高，其半降解溫度提高約15℃。當(dāng)RG含量≤4.0wt％時，復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，與純PVDF相比，復(fù)合材料摩擦系數(shù)和磨損率變小，摩擦穩(wěn)定性增強(qiáng)。RG含量0.75wt％的復(fù)

6、合材料的摩擦系數(shù)和磨損率比純PVDF分別減小41.2％和49.4％。
　　 (4)采用熱壓法制備了0-3型PLZT/PVDF和PLZT/RG/PVDF壓電復(fù)合材料。降低PLZT陶瓷相居里溫度、增大陶瓷粉體粒徑和提高陶瓷相體積含量均可以提高0-3型PLZT/PVDF壓電復(fù)合材料中陶瓷相的極化率及復(fù)合材料的電學(xué)性能，尤其是，由大顆粒與小顆?；旌系奶沾上喾垠w制備的復(fù)合材料電學(xué)性能更佳。其中，當(dāng)陶瓷相體積含量為80vol％時，若陶瓷粉粒