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1. 研究目的与意义(文献综述)
以可再生、便携和可持续的能源替代化石能源仍备受挑战。从人类运动、生物力学、步行、慢跑、风、水流和振动等环境丰富的废弃机械能中回收能量是一种很有前途的方法。通过压电效应、电磁感应和静电等多种机制,建立了将丰富的机械能转化为可用电能的途径。压电发电机因其具有直接功率转换能力和制造相对容易而备受关注。基于半导体、陶瓷材料、聚偏氟乙烯(pvdf)及其共聚物等压电材料,开发了多种结构和功能各异的压电发电机,实现了高效的功率转换。无机钙钛矿陶瓷因其高介电和压电性能是将机械能转化为电能的理想候选者,无机钙钛矿的制备工艺复杂、高温煅烧、脆性和刚性等特点,使其难以应用于等更广泛的领域。而许多可以通过低成本、低温合成的压电材料,要想在大规模应用中还需要研究。与普通pzt压电陶瓷相比,fvdf的压电应变常数<d常数)较低,机电偶合系数也较小,但压电电压常数cg常数)却是所有压电体中最高的,其“gd”积比pzt陶瓷高3倍,作为接收传感器时灵敏度很高。
pvdf压电薄膜具有柔性好、机械强度高、声阻抗易匹配、频响范围宽、能抗化学和油性腐蚀等优良特性,且可加工成大面积和复杂形状的膜使用,为压电材料的应用开辟了一个新的领域。pvdf压电薄膜的用途很广泛,可制成多种换能器应用于工业生产、医疗行业、日常生活以及军事领域。尤其值得注意的是近几年,pvdf被广泛用于智能材料的开发,因而其对社会的发展有着至关重要的作用。
本课题旨在利用流延成膜法制备聚偏氟乙烯与聚乙烯醇(pva)薄膜,探索其合成加工工艺。并使用热压法将两薄膜共混,选用该共混体系,是为了制备兼有每种聚合物特性的共混膜,并且改变pvdf材料原本的结晶形貌,已达到提升其压电性的目的。并且将尝试对pva薄膜进行掺杂小分子,通过改性的方式以进一步提高材料的压电特性。最后对该共混膜材料进行常规表征测试。
2. 研究的基本内容与方案
2.1 基本内容
材料制备:利用流延法厚度为0.1mm的pva薄膜样品10份(10cm×20cm)、厚度为0.05mm的pvdf薄膜样品10份(10cm×20cm)。
3. 研究计划与安排
第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。
第4-8周:按照设计方案,制备pva、pvdf薄膜,并且完成共混与改性。
第9-12周:采用xrd、dsc、红外光谱、铁电仪、d33等测试技术对材料的物相、显微结构、电化学性能进行测试。
4. 参考文献(12篇以上)
[1] gregorio r. determination of the α, β, and γ crystalline phases of poly(vinylidene fluoride) films prepared at different conditions[j]. journal of applied polymer science, 100(4), 3272–3279.
[2] jin l, li f, zhang s.et al. decoding the fingerprint of ferroelectric loops: comprehension of the material properties and structures[j]. journal of the american ceramic society, 97(1), 1–27.
[3] you l, zhang y, zhou s, chaturvedi a,et al. origin of giant negative piezoelectricity in a layered van der waals ferroelectric[j]. science advances, 5(4), 3780.
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