改性鈦酸鋇對(duì)PVDF壓電性能的影響

肖研 宮蕾

摘 要：對(duì)鈦酸鋇采用表面官能團(tuán)化處理得到表面羥基化鈦酸鋇與表面氨基化鈦酸鋇，并對(duì)表面改性的效果進(jìn)行了表征。然后以各種改性的鈦酸鋇粒子作為PVDF的誘導(dǎo)成核物質(zhì)，采用溶液澆鑄法制備改性BaTi03/PVDF復(fù)合膜。

關(guān)鍵詞：PVDF；鈦酸鋇；復(fù)合材料

有研究者對(duì)BaTiO3粒子進(jìn)行了不同的表面官能團(tuán)處理來進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過表面某些官能團(tuán)化處理后的BaTiO3粒子在復(fù)合材料中分布的更加均勻良好[1]，并且在增強(qiáng)材料（BaTiO3粒子）和PVDF接觸的微小區(qū)域作用變得更強(qiáng)，其性能變的更加優(yōu)異。這些研究中的進(jìn)展都對(duì)PVDF復(fù)合材料方面做出了許多貢獻(xiàn)，然而在這其中的具體機(jī)理還有待探究。先以化學(xué)反應(yīng)方法處理BaTiO3粒子，制備表面接上了羥基與氨基的BaTiO3粒子，并對(duì)處理后的粒子進(jìn)行XPS及紅外光譜檢測(cè)。

然后采用溶液澆鑄法，制備一系列含不同表面官能團(tuán)的BaTiO3粒子制成的PVDF/BaTiO3復(fù)合膜，對(duì)這些粒子與制成的復(fù)合薄膜采用紅外光譜檢測(cè)、x射線衍射檢測(cè)等表征方法，研究表面官能團(tuán)處理是否成功，表征對(duì)比不同復(fù)合膜中PVDF的結(jié)晶形態(tài)變化。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

聚偏二氟乙烯（PVDF）：太原市迎澤力之源銷售部，牌號(hào)為T30S；N-N-二甲基甲酰胺：天津大茂化學(xué)試劑廠，分析純；納米鈦酸鋇，上海麥克林化學(xué)試劑有限公司，99% metals basis；3-氨基丙基三甲氧基硅烷，成都化夏化學(xué)試劑有限公司，含量為97%。

1.2 材料制備

BT納米顆粒加入H2O2水溶液中。超聲處理，然后回流4小時(shí)。離心后用去離子水洗滌后真空干燥。羥基化的BT納米顆粒被命名為OH-BT。將OH-BT納米顆粒分散在乙醇中，加入烷氧基硅烷。超聲處理并回流后離心回收改性的BT納米顆粒并用乙醇洗滌。后真空干燥后稱為NH2-BT。PVDF倒入 DMF，處理后BaTiO3粉末溶解至10mL DMF中，高速攪拌分散均勻后超聲倒入玻璃板上冷卻風(fēng)干成膜。

1.3 性能測(cè)試與表征

用紅外光譜儀（FTIR）分析復(fù)合薄膜的紅外譜圖；XRD儀器對(duì)薄膜進(jìn)行X射線衍射測(cè)試；拉曼光譜儀分析薄膜的Raman光譜。

2 結(jié)果與討論

用X射線衍射儀對(duì)三組添加不同鈦酸鋇粒子的復(fù)合膜進(jìn)行測(cè)試，通過對(duì)于峰的研究，對(duì)結(jié)晶性進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。由圖1可知，在2θ為19.4處出現(xiàn)α峰，對(duì)應(yīng)著晶面，隨著不同鈦酸鋇粒子的加入，α峰逐漸減弱；而在20.4處，出現(xiàn)了β峰，對(duì)應(yīng)著（110）和（200）晶面。β峰的面積越大說明β晶相含量越高。

分析添加了不同鈦酸鋇粒子的PVDF復(fù)合膜。由圖2可知，α峰有兩組，分別存在于750 cm-1和1010 cm-1處，β峰有一組處于840 cm-1處。對(duì)圖進(jìn)行分析可知，β峰的面積比較的結(jié)果為0.3%、0.1%、0.6%，由此可得氨基化鈦酸鋇所引發(fā)的β晶型含量>羥基化引發(fā)的含量>鈦酸鋇引發(fā)的含量。

圖3及圖4為不同鈦酸鋇粒子/PVDF復(fù)合膜的介電常數(shù)及介電損耗。從圖中看出，純PVDF的介電常數(shù)非常低，而且隨著頻率的升高介電常數(shù)明顯有所下降。添加BT粒子后介電常數(shù)略微升高，這由于BT粒子是一種導(dǎo)電材料，能夠在PVDF中均勻分散成微小的電容器，這一個(gè)個(gè)微小的電容器在宏觀上就體現(xiàn)為介電常數(shù)的提高。而從另外兩條曲線可以看出，改性鈦酸鋇粒子對(duì)PVDF膜介電常數(shù)的提高有著顯著作用，并且隨著頻率的升高，介電常數(shù)會(huì)突然上一個(gè)臺(tái)階，這是由于改性鈦酸鋇粒子在PVDF中的分散接近于“滲流閾值”，所以此時(shí)介電常數(shù)突然增大。

3 結(jié)論

通過研究將PVDF與不同表面官能團(tuán)改性的鈦酸鋇粒子進(jìn)行混合制成復(fù)合膜，分析不同改性的鈦酸鋇粒子對(duì)復(fù)合膜的性能和其他方面的影響。表明鈦酸鋇粒子對(duì)PVDF中β晶相的形成有著正面影響，能夠使β晶相含量增高，并且加入表面官能團(tuán)改性的鈦酸鋇粒子后發(fā)現(xiàn)這種正面影響效果更加明顯。通過對(duì)復(fù)合膜介電性能的表征，發(fā)現(xiàn)加入改性鈦酸鋇粒子的PVDF薄膜材料既擁有像鈦酸鋇粒子一樣優(yōu)良的介電性能，并且仍然保持了PVDF的各種優(yōu)良性質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 聚偏氟乙烯/鈦酸鋇高介電復(fù)合材料的制備與研究[J]. 朱永軍，羅筑，孫靜，黃安榮，馬艷紅，梁培志，何敏，韋良強(qiáng). 塑料工業(yè). 2013（08）：80-84

通訊作者：宮蕾，主要從事聚合物復(fù)合材料高性能化、功能化、環(huán)境友好化的研究。