PP孔洞膜和PEN非孔洞膜的駐極體性質(zhì).pdf

1、本文以近年來發(fā)展起來的具有不同結(jié)構(gòu)特征(孔洞型和非孔洞型)的兩種新型空間電荷鐵電駐極體材料PP孔洞膜和PEN(非孔洞)膜為研究對(duì)象，系統(tǒng)的研究了這類駐極體材料的電荷儲(chǔ)存和電荷動(dòng)態(tài)特性；它們分別具有的突出機(jī)電(尤其是壓電)特性，和電荷儲(chǔ)存能力及其熱穩(wěn)定性。 從孔洞結(jié)構(gòu)的理論模型出發(fā)，導(dǎo)出了在特定氣體環(huán)境中PP孔洞膜的壓電d33系數(shù)公式。利用壓力膨化技術(shù)處理了幾種商用PP孔洞膜(德國Trespaphan公司產(chǎn)EUH75和SHD50型

2、，國產(chǎn)PQ50型)，和膨化前的樣品相比，它們的壓電性提高了一個(gè)量級(jí)以上。在此基礎(chǔ)上，本文研究了進(jìn)一步改善經(jīng)壓力膨化后PP孔洞膜的壓電性的途徑：首次實(shí)現(xiàn)了在高介電強(qiáng)度氣體環(huán)境中對(duì)不同孔度PP孔洞膜的處理和電暈充電，明顯地增強(qiáng)其壓電活性；例如通過不同的技術(shù)途徑，利用在SF6中的電暈充電，使不同孔度的EUH75和SHD50孔洞膜壓電性明顯加強(qiáng)；而利用接觸法對(duì)較低孔度的PP膜充電，因大大提高了樣品的極化電場(chǎng)，使壓電性得到更大的提高；論文還討論和

3、分析了形成上述各種規(guī)律的物理機(jī)制，解釋了其改性根源。 通過對(duì)介電諧振譜和熱刺激放電譜的分析，深入地研究了壓力膨化工藝后的熱處理對(duì)PP孔洞膜的機(jī)電性質(zhì)的影響：在從室溫至PP熔融溫區(qū)內(nèi)，壓力膨化工藝處理后PP孔洞膜的厚度隨著熱處理溫度的升高而逐漸增大，并伴隨著諧振頻率的逐漸降低；然而熱處理溫度對(duì)樣品的機(jī)電性質(zhì)的影響具有顯著不同的規(guī)律，在熱處理的特征溫度Tc附近極化樣品不僅能捕獲更高的電荷密度，而且具有最低的彈性模量，從而呈現(xiàn)最優(yōu)化的

4、壓電性。以國產(chǎn)的PQ50孔洞膜為例：隨著熱處理溫度的升高，其諧振頻率從794遷移到371kHz；以Tc=90℃進(jìn)行熱處理，PQ50孔洞膜的彈性模量和機(jī)電耦合系數(shù)分別出現(xiàn)谷值和峰值，和壓電d33系數(shù)達(dá)到377pC/N的最大值。此外，通過將單層孔洞膜組成多層結(jié)構(gòu)，已獲得了壓電性遠(yuǎn)高于單層膜的復(fù)合膜系，例如五層PQ50樣品的等效壓電d33系數(shù)高達(dá)2010pC/N；而利用受控的高溫恒壓電暈充電或常溫充電后的熱處理，有效地改善了PP孔洞膜的壓電性

5、及其穩(wěn)定性。 本文還通過在不同的環(huán)境條件下(不同溫度和相對(duì)濕度)的表面電位衰減測(cè)量，開路熱刺激放電電流譜和電荷TSD譜的分析首次研究了電暈充電后PEN薄膜駐極體的空間電荷儲(chǔ)存及其輸運(yùn)規(guī)律，并對(duì)PEN和PET薄膜駐極體的電荷儲(chǔ)存壽命做了對(duì)比性的研究。結(jié)果說明：正負(fù)電暈充電的PEN薄膜駐極體具有相似的電荷儲(chǔ)存穩(wěn)定性，其電荷儲(chǔ)存壽命接近于當(dāng)今公認(rèn)的最優(yōu)異電容式駐極體聲傳感器的芯片材料——負(fù)充電的FEP；而和FEP相比，由于其極好的力學(xué)