改性PZT／PVDF体系压电复合材料的介电和压电性能.pdfVIP

维普资讯 第2l卷第3期 高分子材料科学与工程 VO1．21．NO．3 2005年5月 POLYMER MATERIALSSCIENCE AND ENGINEERING May2005 改性PZT／PVDF体系压电复合材料的介电和压电性能 刘晓芳·．．，熊传溪 ，董丽杰 ，杨 剑 ，权红英 ，杨小旭 (1．武汉理-1-大学材料学院，湖北 武汉山东理工大学材料学院，山东 淄博 255010) 摘要 ：采用复合材料模压工艺，制备 了体积分数不 同的改性PZT(含铌 的坎锆酸铅)／PVDF(聚偏二氟 乙 烯)压电复合材料。采用扫描 电镜对材料的形貌进行 了分析 ，并利用HP4294A，Z一3A型准静态测试仪等 系统地研究了改性 PZT体积分数对材料介 电、压 电性能的影响．结果显示，在改性 PZT体积分数为 7O 时，获得 了性能优 良的压电复合材料。在压 电陶瓷高含量区(O．s)，部分压 电陶瓷=覆粒相互联接 ， 形成 了类似O一3(3—3)型复合连通形式，是复合材料获得优 良压电、介电性能的主要原因． 关键词：O一3型改性含铌 的钛锆酸铅 ／聚偏二氟乙烯 ；体积分数 ；压电性能；介电性能 中图分类号 ：O631．23 文献标识码：A 文章编号：1000—7555(2005)03—0204—04 铁电陶瓷材料如钛锆酸铅 (PZT)、钛酸铅 1．1 原料 (PT)等具有压电性能优 良、介电损耗低、机电 氧化物：分析纯；掺铌 的锆钛酸铅 (改性 耦合系数高等优点，被广泛应用于压电换能器、 PZT)压电陶瓷：用传统的固相烧结法合成，其 传感器等方面[1q]，但 由于其介电常数高、声阻 压电常数 d，，为327pC／N、介电常数 e为1328， 抗大 ，且耐冲击性能差 ，故在有些方面的应用受 陶瓷经粉粹研磨后过320mesh筛 ，备用；聚偏 到了限制。虽然压电聚合物如 PVDF等兼有柔 二氟 乙烯 (PVDF)：上海有机氟研究所产 的 性和声阻抗低等优点[．]，但机电耦合系数和压 FR9O2型，其介电常数为1O．4。 电系数较小。而陶瓷一聚合物压电复合材料相互 1．2 压电复合材料试样制备 补偿的优势，已引起了国内外研究学者的广泛 按照不同体积配比，将改性PZT与PVDF 关注。两者的连通方式有1O种形式，其 中O一3型 粉料以丙酮作为稀释剂混合均匀，放人模具中， 压电复合材料是最为常用、经济、也最适于工业 在平板硫化机上热压成型。样品直径为12mm， 化生产的方式[6叫]。在O一3型复合材料 中，很难 厚度为0．9mm～1．0mm，样品抛光后，在两表 取得较好的压电性能的主要原因在于难以使压 面上避免烧银，油浴极化 ，极化条件为：温度100 电陶瓷充分极化[1，为了促进陶瓷的极化，使 ℃，极化场强5kV／mm，极化时间20rain。 复合材料获得优 良的压电性能，我们选择了聚 1．3 测量 合物中介 电常数相对较大的PVDF作为基体 采用 日本产JXA一840型扫描电镜观察试样 材料。 断面形貌。介 电、压 电性 能 的测量 系统 由 本文着重讨论了压电陶瓷相的体积分数对 HP4294A型低频阻抗分析仪、准静态d，，测量 0—3复合材料的介 电常数e、介电损耗 tg、压电 仪组成。用测量谐振、反谐振频率 的方法得到 常数 d 机电耦合系数 K 力学品质因素 Q K。和 Q 。 等性能的影响，并对其原因作了初步的阐述。 2 结果与讨论 1 实验部分 2．1