新型P(VDF-TrFE)驻极体制备及其铁电、压电和热释电性能研究

P(VDF-TrFE)以其优良的铁电、压电、热释电性能以及在微应力传感器、能量转换器等领域中的广泛应用而备受关注，但是其高昂的制备成本成为其应用的瓶颈。近年来一种间接法制备含有TrFE单元PVDF基含氟共聚物的方法被报道，与直接共聚法相比，间接共聚时VDF与TrFE采用头-头相接而不是直接共聚的头-尾相接，这导致了两种方法制备的三聚物在介电、储能性能上的巨大差异。从理论上来说，这种连接方式的差异必然对P(VDF-TrFE)的介电性能产生显著影响，而这方面的研究却没有任何报道。因而，本项目拟采用间接的自由基连转移氢化法制备P(VDF-TrFE)，并对该共聚物中TrFE含量、VDF-TrFE连接方式和热处理方式等因素对其铁电、压电及热释电性能的影响进行细致研究，重点阐明单体连接方式和晶相结构等因素与其介电性能之间的关系以及作用机理，为间接法P（VDF-TrFE）在该领域的应用奠定基础。

通过新型原子自由基链转移的方法，以P(VDF-CTFE)为原料合成了TrFE摩尔含量为20%的P(VDF-TrFE)，利用NMR和FTIR确定了氢化P(VDF-TrFE)中VDF-TrFE为头-头方式连接，不同于传统共聚P(VDF-TrFE)的头-尾连接方式。为深刻揭示单体连接方式对P(VDF-TrFE)压电性能的影响。课题组利用XRD、DSC和POM比较了氢化和共聚聚合物的凝聚态结构。然后在100MV/m、110℃下制备了新型P(VDF-TrFE)驻极体，利用介电、压电、铁电和热释电性能设备比较了TrFE摩尔含量为20%的两种P(VDF-TrFE)的电性能。结合分子电势模拟结果，发现虽然VDF和TrFE头-头连接虽然会降低聚合物的有效偶极子数量，但氢化P(VDF-co-TrFE)具有更高的结晶度和更长的极性分子链，有利于提高其压电性。高温极化后的新型压电材料的性能足以和传统压电聚合物媲美，其介电常数为11，压电常数为-23 pC/N，200MV/m电场下剩余极化强度为0.8C/m2。. 为了更深入了解氢化和传统P(VDF-TrFE)驻极体在分子结构上的区别，本课题组分别制备了TrFE摩尔含量为6%、9%和12%的氢化聚合物，利用NMR、FTIR和XRD分析了TrFE摩尔含量和聚合物晶相组成的关系。发现该聚合物不同于共聚P(VDF-TrFE)。并在TrFE摩尔含量为6%的氢化P(VDF-TrFE)中发现了全反式β晶相。利用DSC多峰技术计算得出了聚合物混合晶相中α、β和γ晶相的比例，并利用高电压极化设备研究了200 MV / m电场多次诱导下P(VDF-TrFE)晶相变化细节。. 利用电性能测试设备建立了氢化P(VDF-TrFE)的晶相、电极化强度和介电、铁电性、压电性能之间的关系，结果表明，发现在TrFE不同摩尔含量的P(VDF-TrFE)中，氢化制备的与直接共聚样品在相结构和电性能上具有类似的属性。. 综上所述，圆满完成了本课题涉及的研究任务。考虑到氢化P(VDF-TrFE)合成步骤的方便性、制备过程的环保性和丰富低成本的原材料，氢化P(VDF-TrFE) 可以取代传统的P(VDF-TrFE)和PVDF，压电元件领域有广阔的前景。