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PVDF及其电解质的结构和性能研究

作　者: 左舜贵
导　师: 杨兵初
学　校: 中南大学
专　业: 物理学
关键词: 聚偏氟乙烯 结晶行为 聚合物电解质 铜酞菁 二氧化钛
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


作为有机新型功能材料,聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物薄膜具有压电、热电、介电等多方面优异的性能,在传感器、致动器、锂电池和超级电容器等领域有着广泛的应用。本文采用水平流延法制备PVDF薄膜,利用X射线衍射仪、原子力显微镜、傅立叶红外光谱仪、电化学工作站等多种检测方法对薄膜的结构和性能进行检测,并对检测结果进行分析,得到了一些有创新意义的结果。首先,研究了不同衬底、退火时间、退火温度、增塑剂对PVDF薄膜结构的影响。研究发现,采用载玻片作为衬底时,薄膜为非晶态,衬底为导电玻璃(掺氟氧化锡)和单晶硅时,薄膜获得了良好的αα相结晶。随着退火时间的延长,材料的晶粒尺寸增加。在一定的温度范围内(80-120℃),随着退火温度的升高,薄膜中αα相占总晶相的比例、薄膜表面粗糙度和介电常数减小。薄膜的晶粒大小随乙二醇加入量的增大先增大后减小。分析表明,聚合物与衬底表面原子基团之间的氢键作用不利于薄膜的晶化,80℃退火有利于PVDF的β相结晶,使材料介电常数增大。用CuPc对材料进行荧光探测发现,材料极性相的存在使CuPc分子荧光发射峰红移。其次,将CuPc与PVDF复合制备多孔电解质薄膜,对其电导率性能进行了检测,结果表明：电解质薄膜的电导率随CuPc体积分数的增大而升高,当CuPc体积分数为50%时,电解质膜的电导率达到了2.1×10-3S/M。从理论上分析了电导率增大的原因：较多的CuPc掺杂可以降低聚合物的结晶度,为锂离子的输运提供较多的通道,另外,较高的CuPc含量可以提高薄膜的介电常数,增大锂离子的离解率,从而提高电导率。然后,分别采用PEG2000和PEG6000作为增塑剂制备了聚合物电解质薄膜。结果表明,用分子量为2000的PEG作为增塑剂制备的电解质膜吸液率和电导率都高于PEG6000的薄膜。最后,制备了掺杂Ti02(P25)粉体的聚合物电解质隔膜,并分析了电解质膜的物理及电化学性能。实验结果表明：电解质薄膜的吸液率和电导率随Ti02质量分数的增大而增大。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 PVDF的研究现状  8-9
  1.2 PVDF的结构  9-11
  1.3 PVDF的性能及应用  11-14
  1.4 研究的意义  14-15
  1.5 本文的主要工作  15-16
第二章 PVDF薄膜的制备与表征  16-25
  2.1 试剂和原料  16
  2.2 溶液流延法  16-18
  2.3 薄膜结构和性能表征  18-25
    2.3.1 XRD分析  19
    2.3.2 红外光谱分析  19-20
    2.3.3 荧光频谱分析  20
    2.3.4 电化学交流阻抗分析  20-23
    2.3.5 原子力显微分析(AFM)  23-24
    2.3.6 介电性能分析  24-25
第三章 PVDF薄膜结晶行为及介电性能研究  25-37
  3.1 衬底对PVDF结晶行为的影响  25
  3.2 退火时间对PVDF结晶行为的影响  25-26
  3.3 退火温度对PVDF结晶行为的影响  26-32
  3.4 乙二醇对PVDF薄膜结构的影响  32-37
第四章 PVDF基聚合物电解质的电导率研究  37-51
  4.1 固态电解质电导率的理论基础  37-39
  4.2 CuPc改性PVDF聚合物电解质的研究  39-43
    4.2.1 CuPc改性聚合物电解质膜的制备  39-40
    4.2.2 CuPc改性对PVDF聚合物电解质结构及电导率的影响  40-43
  4.3 聚乙二醇改性PVDF聚合物电解质的研究  43-45
    4.3.1 聚乙二醇改性PVDF聚合物电解质膜的制备  43-44
    4.3.2 聚乙二醇改性对PVDF聚合物电解质电导率的影响  44-45
  4.4 TiO_2改性PVDF聚合物电解质的研究  45-49
    4.4.1 TiO_2改性PVDF聚合物电解质的制备  45
    4.4.2 TiO_2改性对PVDF聚合物电解质电导率的影响  45-49
  4.5 结论  49-51
第五章 总结与展望  51-53
  5.1 工作总结  51-52
  5.2 今后工作的展望  52-53
参考文献  53-60
致谢  60-61
攻读学位期间的主要成果  61

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学 > 薄膜的生长、结构和外延
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