PLZT-PVDF基高d33壓電復合材料的制備及性能研究.pdf

1、0-3型壓電復合材料在超聲傳感器、水聽器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，主要原因在于其擁有較好的柔韌性、較低的聲阻抗、與生物組織阻抗匹配以及加工簡單等優(yōu)點。但壓電復合材料中的陶瓷相是以分散狀分布于有機高分子材料中，陶瓷相難以得到有效地極化，所以0-3型復合材料的壓電性能比壓電陶瓷差。因此提高壓電復合材料中陶瓷相的極化率是提高其壓電性能的有效途徑。本文在已有的研究基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)PLZT壓電陶瓷中不同元素的比例以及復合材料中陶瓷相的比例來提高復合

2、材料的電學性能。首先采用固相反應(yīng)法得到PLZT壓電陶瓷中最佳Zr/Ti，在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)La的比例，制備了La摻雜的鋯鈦酸鉛（PLZT）陶瓷材料；接著以流延法制備出0-3型PLZT/PVDF壓電復合材料，同時調(diào)節(jié)陶瓷相的比例來改善其電學性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用固相反應(yīng)法，通過調(diào)節(jié)準同型相界（MPB）附近不同的Zr/Ti，成功地制備出具有不同Zr/Ti鉛基鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的(Pb0.96La0.04)(ZrxTi0.975-x

3、Al0.025)0.99O3（PLZT，x=0.535，0.538，0.540，0.543，0.545，0.548）壓電陶瓷。研究發(fā)現(xiàn)，隨著Zr/Ti的增大，陶瓷相中三方相逐漸向四方相轉(zhuǎn)變，與此同時PLZT晶粒的尺寸也隨之變大，且相對介電常數(shù)εr和介電損耗tanδ都在不斷地增大。當Zr/Ti＞0.543/0.432時，Curie溫度急劇增加；壓電陶瓷的壓電應(yīng)變常數(shù)d33和機械品質(zhì)因數(shù)Kp則呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。當陶瓷相中Zr/Ti=

4、0.543/0.432時，PLZT壓電陶瓷的d33和Kp分別為454 pC/N和0.72，而PLZT壓電陶瓷的相對介電常數(shù)εr和介電損耗tanδ則不斷增大。⑵通過調(diào)整PLZT壓電陶瓷中La的含量以固相反應(yīng)法制備(Pb1–xLax)(Zr0.543Ti0.432Al0.025)1–x/4O3（PLZT，x=0.01，0.02，0.03，0.04，0.05，0.06）壓電陶瓷。隨著La含量不斷地增加，PLZT壓電陶瓷中三方相逐漸向四方相轉(zhuǎn)變

5、，準同型相界（MPB）向四方相移動，晶胞參數(shù)呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢；PLZT壓電陶瓷的Curie溫度呈現(xiàn)出先降低后增大的現(xiàn)象，且在x=0.02時達到最低溫度170℃；相對介電常數(shù)εr呈現(xiàn)出先增大后減小的的趨勢，介質(zhì)損耗tanδ則一直下降。最后，我們研究了不同燒結(jié)溫度對PLZT壓電陶瓷電學性能的影響，發(fā)現(xiàn)適當?shù)脑黾訜Y(jié)溫度有利于晶粒的生長，這將使得材料致密性等綜合性能的提升。但是燒結(jié)溫度過高則會使PbO揮發(fā)，使材料產(chǎn)生缺陷，從而導致綜合性能

6、的下降。最終我們確定了綜合性能最佳的PLZT壓電陶瓷實驗方案：實驗配方：(Pb0.98La0.02)(Zr0.543 Ti0.432Al0.025)0.995O3，燒結(jié)溫度：1310℃/2 h。此實驗方案得到的電學性能：εr=1850，d33=495，Kp=0.767，tanδ=0.017。⑶研究了0-3型壓電復合材料中不同陶瓷相比例對壓電復合材料性能的影響，首先采用流延法對PLZT壓電陶瓷粉粒和有機聚合物PVDF進行復合，而后經(jīng)過熱壓