本技术介绍了一种创新的聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)静电纺丝压电膜制备技术。该方法涉及通过退火过程精确控制聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)薄膜的取向和无定形组分含量,以优化其压电性能。退火处理是关键步骤,它直接影响材料的最终性能。
背景技术
PVDF是半结晶性聚合物,由于链的灵活性,具有五种不同的晶相,分别是α、β、γ、δ和ε。α和ε相是非极性相,而β、γ和δ相是铁电极性相。这些不同的晶相共享三种不同的构象,即顺反交替(TGTG)构象、全反式(TTTT)构象以及中间构象(T3
GT3
G)。其中,具有TTTT构象的β晶相被认为是压电性最理想的晶相,因为所有的氟原子都位于碳链的同侧,这有助于提高极性。大量研究表明,欲提高PVDF基材料的压电系数,需提升其介电常数和β晶含量。为实现该目的,最常见以及有效方法是向PVDF基材料中加入纳米填料,如钛酸钡(BaTiO3
)、氧化锌(ZnO)和氧化石墨烯等。但是,大量填料的引入,易于产生团聚,也将损害聚合物的柔韧性,同时会引起材料的机械失配现象,这将大大影响材料的物理性能。为解决这些问题,需对纯聚合物体系的压电性能进行研究。
现有技术中,为提高材料压电性能,研究人员们通常对聚偏氟乙烯基材料进行分子构象调整。但不同于聚合物/填料复合体系,欲实现纯聚合体系压电系数的大幅提升十分困难。我们近期的研究发现,在晶区和无定形区界面诱导取向无定形组分生成,能显著提升压电系数。有研究报道,取向无定形组分的含量受加工外场参数所影响,例如调控退火时的温度场参数可以改变尼龙6的结晶度进而影响取向无定形含量。但随着聚合物结构不同,对应响应规律不一定相同,这对以提高压电材料压电性为目的的研究带来了困扰。
实现思路