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压力膨化后的热处理温度对 !! 蜂窝膜 驻极体机电性质的影响! 邱勋林! 夏钟福 王飞鹏 (同济大学波耳固体物理研究所, 上海 ###$ ) ( ##% 年&

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##% 年$月 ( 日收到修改稿) 研究了经压力膨化后的热处理温度对聚丙烯蜂窝膜 驻极体机电性能的影响0 结果表明, 在从常温 至// 熔融温区内, 压力膨化工艺处理后 // 蜂窝膜的厚度随着热处理温度的升高而逐渐增大;

然而热处理温度对 // 蜂窝膜的压电活性及其相关性质的影响具有显著不同的规律, 在$#1时, // 蜂窝膜的弹性模量和机电耦合系数 分别出现谷值和峰值, 同时压电 !(( 系数达到 (&

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2345 的最大值0 随着热处理温度的升高, 它们的谐振频率的变化 范围约为 &

$6 到(&

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7890 关键词:热处理温度,// 蜂窝膜,压电性,压力膨化工艺 !国家自然科学基金 (批准号: 和德国大众汽车基金会 (批准号: ;

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(:%) 资助的课题

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E 引言// 蜂窝膜是上个世纪末至本世纪初研发出的 孔洞结构功能电介质, 具有薄膜型, 高压电活性, 质轻, 易成形, 声阻抗与水及人体相匹配, 无毒和价廉 等优点 ['

―%] 0由于它组合了压电陶瓷和铁电聚合物 的各自优势, 近年来已迅速发展成一类具有重要商 业应用前景的非极性空间电荷型孔洞结构的压电材 料[:] , 在超声传感器和驱动器, 水声传感器, 及医疗 诊断和无损检测所涉及的功能元器件等方面都呈现 出诱人的应用前景, 是新世纪之初驻极体新材料的 研究热点0 这类蜂窝结构的聚合物材料通常采用向聚合物 熔体中添加成核介质 (如矿物微粒) 或者将两种不同 的聚合物按照一定配比熔融后在结晶温度附近进行 双向拉伸的方法制备 [&

]

0 由于上述两种方法制备的 // 蜂窝膜的体内孔洞结构较为扁平, 使得充电过程 中孔洞内的离子电荷由于行程较短, 难以加速获得 足够的动能, 使孔洞中气体充分离子化;

另外, 扁平 的孔洞也导致了薄膜的较高杨氏模量0 为了使其孔 洞型微结构向着有利于提高压电活性方向转化, 近 年来人们采用压力膨化技术进行处理 [F―'

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0 如果在 压力膨化后辅以热处理, 则可能实现性能稳定, 高压 电活性的优化结果0 本文研究了在压力膨化过程保 持其他参数不变的条件下, 其热处理温度对一种国 产商用 // 蜂窝膜的压电活性及相关机电性质的影 响, 研究成果为推动这类廉价的国产 // 蜂窝膜广 泛地用作为各种驻极体压电传感器和驱动器的芯片 材料提供实验和理论基础0 E 样品及实验 样品为南亚塑胶工业股份有限公司生产的 // 合成纸 (/G%# 型, 原膜厚度 %# ! >

, 密度 %%#7H4>

( )

0 压力膨化处理是在高压釜和温控炉中实现的0 即将 样品放入高压腔后通入设定的高压高纯氮气, 在室 温(IJ) 下存放一定时间后打开高压腔放气, 使腔内 压力迅速下降至常压并将样品取出放入事先已升温 至特定温度的温控炉中, 进行老化处理0样品在实验 室条件下进行无栅恒压电晕充电 (/53 2, 8*?A9?AH*.

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-AL) , 电晕针与薄膜自由面间的距 第%% 卷第%期 ##: 年%月4 ##:4%% (#%)

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F=#: 物理学报M3JM /8NO;

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3M PD+0%%, 5D0%, Q-L, ##: ##: 3R?A0/RLS0 OD)0 离!! #$, 充电时间 充电电压 ,-.充电后样品经 /0 储存一段时间后将其双面蒸 镀圆形铝电极. 介电谐振谱由阻抗分析仪 ( *1 2, 2345678,日本) 测得. 热刺激放电 (896:$;