改性钛酸钡对PVDF压电性能的影响

肖研 宫蕾

摘 要：对钛酸钡采用表面官能团化处理得到表面羟基化钛酸钡与表面氨基化钛酸钡，并对表面改性的效果进行了表征。然后以各种改性的钛酸钡粒子作为PVDF的诱导成核物质，采用溶液浇铸法制备改性BaTi03/PVDF复合膜。

关键词：PVDF；钛酸钡；复合材料

有研究者对BaTiO3粒子进行了不同的表面官能团处理来进行比对，发现经过表面某些官能团化处理后的BaTiO3粒子在复合材料中分布的更加均匀良好[1]，并且在增强材料（BaTiO3粒子）和PVDF接触的微小区域作用变得更强，其性能变的更加优异。这些研究中的进展都对PVDF复合材料方面做出了许多贡献，然而在这其中的具体机理还有待探究。先以化学反应方法处理BaTiO3粒子，制备表面接上了羟基与氨基的BaTiO3粒子，并对处理后的粒子进行XPS及红外光谱检测。

然后采用溶液浇铸法，制备一系列含不同表面官能团的BaTiO3粒子制成的PVDF/BaTiO3复合膜，对这些粒子与制成的复合薄膜采用红外光谱检测、x射线衍射检测等表征方法，研究表面官能团处理是否成功，表征对比不同复合膜中PVDF的结晶形态变化。

1 实验部分

1.1 原料

聚偏二氟乙烯（PVDF）：太原市迎泽力之源销售部，牌号为T30S；N-N-二甲基甲酰胺：天津大茂化学试剂厂，分析纯；纳米钛酸钡，上海麦克林化学试剂有限公司，99% metals basis；3-氨基丙基三甲氧基硅烷，成都化夏化学试剂有限公司，含量为97%。

1.2 材料制备

BT纳米颗粒加入H2O2水溶液中。超聲处理，然后回流4小时。离心后用去离子水洗涤后真空干燥。羟基化的BT纳米颗粒被命名为OH-BT。将OH-BT纳米颗粒分散在乙醇中，加入烷氧基硅烷。超声处理并回流后离心回收改性的BT纳米颗粒并用乙醇洗涤。后真空干燥后称为NH2-BT。PVDF倒入 DMF，处理后BaTiO3粉末溶解至10mL DMF中，高速搅拌分散均匀后超声倒入玻璃板上冷却风干成膜。

1.3 性能测试与表征

用红外光谱仪（FTIR）分析复合薄膜的红外谱图；XRD仪器对薄膜进行X射线衍射测试；拉曼光谱仪分析薄膜的Raman光谱。

2 结果与讨论

用X射线衍射仪对三组添加不同钛酸钡粒子的复合膜进行测试，通过对于峰的研究，对结晶性进行简单的分析。由图1可知，在2θ为19.4处出现α峰，对应着晶面，随着不同钛酸钡粒子的加入，α峰逐渐减弱；而在20.4处，出现了β峰，对应着（110）和（200）晶面。β峰的面积越大说明β晶相含量越高。

分析添加了不同钛酸钡粒子的PVDF复合膜。由图2可知，α峰有两组，分别存在于750 cm-1和1010 cm-1处，β峰有一组处于840 cm-1处。对图进行分析可知，β峰的面积比较的结果为0.3%、0.1%、0.6%，由此可得氨基化钛酸钡所引发的β晶型含量>羟基化引发的含量>钛酸钡引发的含量。

图3及图4为不同钛酸钡粒子/PVDF复合膜的介电常数及介电损耗。从图中看出，纯PVDF的介电常数非常低，而且随着频率的升高介电常数明显有所下降。添加BT粒子后介电常数略微升高，这由于BT粒子是一种导电材料，能够在PVDF中均匀分散成微小的电容器，这一个个微小的电容器在宏观上就体现为介电常数的提高。而从另外两条曲线可以看出，改性钛酸钡粒子对PVDF膜介电常数的提高有着显著作用，并且随着频率的升高，介电常数会突然上一个台阶，这是由于改性钛酸钡粒子在PVDF中的分散接近于“渗流阈值”，所以此时介电常数突然增大。

3 结论

通过研究将PVDF与不同表面官能团改性的钛酸钡粒子进行混合制成复合膜，分析不同改性的钛酸钡粒子对复合膜的性能和其他方面的影响。表明钛酸钡粒子对PVDF中β晶相的形成有着正面影响，能够使β晶相含量增高，并且加入表面官能团改性的钛酸钡粒子后发现这种正面影响效果更加明显。通过对复合膜介电性能的表征，发现加入改性钛酸钡粒子的PVDF薄膜材料既拥有像钛酸钡粒子一样优良的介电性能，并且仍然保持了PVDF的各种优良性质。

参考文献

[1] 聚偏氟乙烯/钛酸钡高介电复合材料的制备与研究[J]. 朱永军，罗筑，孙静，黄安荣，马艳红，梁培志，何敏，韦良强. 塑料工业. 2013（08）：80-84

通讯作者：宫蕾，主要从事聚合物复合材料高性能化、功能化、环境友好化的研究。