鐵電聚合物P(VDF-TrFE)納米結(jié)構(gòu)的制備及其應(yīng)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(shì)，因此成為材料研究的一個(gè)熱點(diǎn)。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(shí)還擁有鐵電性，壓電性，熱釋電性等一系列獨(dú)特的性能，這些特性使得鐵電聚合物材料在鐵電信息存儲(chǔ)，壓力傳感器，紅外探測(cè)器，太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。對(duì)于PVDF及其共聚物而言，其鐵電性來(lái)源于分子鏈中 H-F原子對(duì)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(huì)對(duì)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(dǎo)，拉伸誘導(dǎo)，電場(chǎng)誘導(dǎo)等一系列方法來(lái)獲得特定取向的晶體結(jié)構(gòu)。這些具有特定取向結(jié)構(gòu)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(jī)功能器件提供了基礎(chǔ)。
　　由偏氟乙烯和三氟乙烯共聚而來(lái)的聚合物聚偏氟乙烯-三氟乙烯 P(VDF-TrFE)相對(duì)于PVDF而言具有更加穩(wěn)定的?相結(jié)構(gòu)，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(duì)象。本課題組在先前的研究中已經(jīng)對(duì)P(VDF-TrFE)在空間受限條件下的取向以及性能的關(guān)系進(jìn)行了大量的研究，確認(rèn)了空間受限條件下片晶的取向行為對(duì)材料的物理性能具有決定性的作用。在此基礎(chǔ)之上，我們以多孔陽(yáng)極氧化鋁（AAO）作為模板，通過(guò)納米壓印的方法，構(gòu)筑了不同直徑的P(VDF-TrFE)納米柱結(jié)構(gòu)。通過(guò)PFM測(cè)試我們發(fā)現(xiàn)相對(duì)于薄膜體系而言，圖案化的納米柱結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的壓電響應(yīng)以及更小的矯頑場(chǎng)，并且矯頑場(chǎng)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(gòu)應(yīng)用于P3HT:PCBM共混體系的聚合物太陽(yáng)能電池中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在不同極化狀態(tài)下太陽(yáng)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(duì)于未極化狀態(tài)提高了25％。
　　除了在太陽(yáng)能電池上的應(yīng)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(jī)等壓電器件中也有大量應(yīng)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(gòu)筑了結(jié)構(gòu)連續(xù)的P(VDF-TrFE)納米線，并對(duì)其在外部壓力作用下產(chǎn)生的壓電響應(yīng)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比較于同樣熱處理?xiàng)l件下的薄膜樣品而言，納米線結(jié)構(gòu)具有更為強(qiáng)烈的壓電響應(yīng)信號(hào)，隨后通過(guò)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(gòu)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(yīng)與壓力之間的關(guān)系，計(jì)算了納米線結(jié)構(gòu)的壓電電壓常數(shù)，發(fā)現(xiàn)其比薄膜體系有了巨