PVDF-HFP/纳米ZnO复合薄膜及其压电传感器的制备与性能研究
聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）具有热电、压电性，同时具有高柔韧性的特点，但其本身的压电性能并不高。因此，为了在柔性的基础上同时获得良好的压电性能，采用纳米陶瓷填料氧化锌（ZnO）进行掺杂，使得到的压电复合材料既具有高压电常数、高硬度的优点，又具有聚合物良好柔韧性的优点。然而，纳米填料容易团聚，本文采用四氟化碳等离子体对纳米ZnO进行表面改性，并将改性后的纳米ZnO用来制备PVDF-HFP/ZnO复合压电薄膜，分别探讨等离子修饰对纳米ZnO和复合薄膜的影响，并对薄膜进行封装，制备压电传感器。具体研究内容如下： （1）使用四氟化碳等离子体对纳米ZnO进行表面改性，分析了等离子处理对纳米ZnO粉体表面形貌、内部结构的影响。通过扫描电镜观察，傅里叶变换红外光谱分析，以及X射线衍射表征，发现等离子修饰对纳米ZnO的表面形貌产生刻蚀，变得光滑，但未影响粉体本身的结构。 （2）采用纳米ZnO作为填料，将纳米ZnO溶液与PVDF-HFP溶液混合，以刮涂法制备纯PVDF-HFP薄膜、PVDF-HFP/ZnO复合薄膜、PVDF-HFP/改性ZnO复合薄膜。通过扫描电镜观察，傅里叶变换红外光谱和X射线衍射表征，以及准静态d33测试，研究了三种薄膜的表面形貌、结晶相和压电应变常数。结果表明，等离子修饰后的纳米ZnO更加均匀的分散在复合薄膜中，β相含量达到40.75％；结晶相以β相为主。等离子修饰的复合压电薄膜的平均d33值为~29.2pC/N，与用未处理的纳米ZnO制成的复合薄膜（~18.8pC/N）相比提高了55%。 （3）采用铜箔为电极，乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）薄膜为基底制备柔性压电传感器。对得到的三种压电传感器通过自制的循环按压系统进行稳定性测试，通过振动台测试系统进行振动信号测试。结果发现，在循环按压的过程中，PVDF-HFP薄膜传感器最先出现疲劳致损，复合薄膜传感器在循环按压的过程中更加稳定，循环次数可超过1500次。在100Hz振动测试过程中，PVDF-HFP/改性ZnO复合薄膜传感器在1.75mm、1.8mm、1.84mm的振幅下，输出电压范围均高于PVDF-HFP薄膜传感器和PVDF-HFP/ZnO复合薄膜传感器。
压电传感器;氧化锌;聚偏氟乙烯-六氟丙烯;表面改性;复合薄膜
天津工业大学
硕士
纺织工程
徐磊;葛传兵
2022
中文
TP212
2023-07-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）