鐵電聚合物薄膜鐵電壓電機(jī)理的微觀研究.pdf

1、有機(jī)壓電、鐵電性的發(fā)現(xiàn)和研究更進(jìn)一步開拓了人們對壓電、鐵電性的認(rèn)識。1969年，Kawai發(fā)現(xiàn)了PVDF材料具有極強(qiáng)的壓電效應(yīng)；1971年，Bergman和Wada等發(fā)現(xiàn)PVDF薄膜同樣具有熱釋電性；不久PVDF及其共聚物的鐵電性又在一些實(shí)驗(yàn)中得以證實(shí)。PVDF家族壓電鐵電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是有機(jī)換能器領(lǐng)域發(fā)展的里程碑。但是自從有機(jī)鐵電性發(fā)現(xiàn)以來，鐵電壓電性究竟是材料本身固有的特性，還是得益于陷阱電荷的影響，一直在學(xué)術(shù)界存在爭議

2、。利用原子力顯微鏡及其優(yōu)異的原子分辨率，本論文研究了P(VDF/TrFE)薄膜微觀鐵電壓電特性。論文從宏觀開關(guān)峰的研究入手，研究材料制備過程對薄膜特性的影響(第二章)，結(jié)果表明只有在合適的退火溫度(高于材料居里溫度，略低于材料熔點(diǎn))下薄膜的結(jié)晶性能才能得到極人的提高，材料內(nèi)部缺陷得以減少。論文作者研究了退火過程及極化過程對薄膜形貌的影響(第三章)。高結(jié)晶度薄膜表面布滿菊花狀條狀疇結(jié)構(gòu)；在熔融結(jié)晶薄膜表面探測到了清楚的螺旋生

3、長的痕跡，且由于各生長點(diǎn)具有相同的生長速度和時間，薄膜表面被平直的“脊”狀結(jié)構(gòu)所分割。極化研究觀測到清楚的形貌的改變，開發(fā)電場力顯微鏡技術(shù)，研究薄膜表面局域電荷的分布，從而反證了極化后形貌的改變不可能來自局域電荷的影響。論文作者采用力調(diào)制技術(shù)試圖區(qū)分半晶聚合物材料的微觀晶疇和非晶疇(第四章)。結(jié)果表明，力調(diào)制圖像成功在薄膜表面成像了兩種彈性性質(zhì)相差懸殊的兩類疇(文中稱為高彈性疇和低彈性疇)，并推測高彈性疇對應(yīng)于材料的品疇，而

4、低彈性疇對應(yīng)于材料的非晶疇。Sneddon理論估算高低彈性疇彈性相差3.0～4.5倍。局域鐵電壓電特性的研究探測到很多新奇的，有些甚至是完全有別于傳統(tǒng)鐵電理論或宏觀觀測的研究結(jié)果。論文作者發(fā)現(xiàn)了非晶鐵電性，局域退極化態(tài)，振動疇和非振動疇的共存，在雙峰振動研究中得到了局域蝴蝶同線生長發(fā)展的過程(第五章)。這些現(xiàn)象均無法用傳統(tǒng)的鐵電模型來加以解釋。在上述實(shí)驗(yàn)研究和初步分子模擬的基礎(chǔ)上，本論文作者嘗試提出一種新的有機(jī)鐵電壓電機(jī)理