偏氟乙烯共聚物结构与性能研究
聚偏氟乙烯(PVDF)化学结构非常简单,但是其晶体结构和性能却异常复杂。偏氟乙烯均聚物晶体中主要的高分子链构象有三种,即全反式(TTTT)、反式旁式(TGTG')及三反一旁(TTTGTTTG');它们以一定的方式排列进入晶格,形成α、β、γ、δ及ε五种晶型;此外还需考虑均聚物结构单元的连接方式和共聚物的序列结构。在一定的条件下,偏氟乙烯聚合物还可以发生晶相之间的转变。这些特殊的结构,使得PVDF及其共聚物具有很独特的电性能,包括介电、压电、热电、铁电性,甚至会出现铁电弛豫性。因此这类聚合物引起了研究者的极大关注。近期的研究在提高对偏氟乙烯共聚物认识的同时,...
聚偏氟乙烯(PVDF)化学结构非常简单,但是其晶体结构和性能却异常复杂。偏氟乙烯均聚物晶体中主要的高分子链构象有三种,即全反式(TTTT)、反式旁式(TGTG')及三反一旁(TTTGTTTG');它们以一定的方式排列进入晶格,形成α、β、γ、δ及ε五种晶型;此外还需考虑均聚物结构单元的连接方式和共聚物的序列结构。在一定的条件下,偏氟乙烯聚合物还可以发生晶相之间的转变。这些特殊的结构,使得PVDF及其共聚物具有很独特的电性能,包括介电、压电、热电、铁电性,甚至会出现铁电弛豫性。因此这类聚合物引起了研究者的极大关注。近期的研究在提高对偏氟乙烯共聚物认识的同时,开始发展其工业应用——目前极为吸引注意力的是共聚物在薄膜超级电容器、执行器、场效应晶体管等方面的应用。
  在本文中,我们的工作主要分为两个部分:
  (1)我们对一系列不同六氟丙烯(HFP)含量的P(VDF-HFP)共聚物进行了表征分析,确定了不同投料比的聚合物的化学组成、序列结构、热学性质与电学性能;并根据聚合物组成、结构与性能的关系,提出了一些建议。工业生产条件的改变,获得了HFP含量为12.7mol%的二元聚合物,此聚合物是一种弹性体。
  P(VDF-HFP)共聚物中的HFP含量低于5mol%时介电常数较高,在10-13之间(1kHz),充电、放电能量密度分别为为12和7J/cm3,表明这些材料可用于发展薄膜超级电容器。
  (2)我们还研究了一种弛豫型铁电体——偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯三元共聚物P(VDF-TrFE-CFE)。在本文中通过对该三元聚合物进行拉伸扰动,研究其结构变化及电学性能改变。
  我们研究了拉伸速率、拉伸温度对聚合物结构的影响,得到以下结论:(i)在高拉伸比下,拉伸速率并不能对结构产生影响;(ii)拉伸温度对聚合物结构影响较大,其影响的区域分别对应于无定形相与晶相。
  之后又在同步辐射装置上原位观察拉伸过程中晶体结构的连续变化。我们发现常温及低温的拉伸,会促使铁电相和顺电相晶体破裂,晶畴尺寸减小。如果该尺寸减小到一定区域,猜测会形成纳米极性区域,即可能形成高弛豫相含量的三元聚合物。
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作者: 程照溪
学科专业: 化学工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 南京大学
导师姓名: 沈群东
学位年度: 2011
语 种: chi
分类号: TQ325.12