[发明专利]头-头连接的氢化P(VDF-TrFE)制备驻极体压电材料的应用和方法

说明书

技术领域

本发明属于压电驻极体技术领域，涉及头-头连接的氢化P(VDF-TrFE)制备驻极体压电材料的应用和方法。

背景技术

驻极体(electret)是一种在无外加电场条件下，能够长期储存空间电荷和极化电荷并具有宏观电矩的电介质材料，它具有优良的电声性能和稳压性能，主要用于传声器、耳机、扬声器、送话器、加速度计、各式换能器、高压电源、放射性剂量计等。20世纪50和60年代，Fukada和其他一些学者发现了聚合物驻极体材料[H.Kawai.Jpn.J.Appl.Phys.,1969,8:975]，根据驻极体材料的极化方式的不同，可以将驻极体分为电荷注入型和自发极化型两大类。与电荷注入型驻极体相比，自发极化型驻极体在材料稳定性、抗退极化性能和铁电压电性能等方面具有明显优势，最具代表性的自发极化型聚合物驻极体是聚偏氟乙烯（PVDF）和偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物（P(VDF-TrFE)）。

1989年，T.Frukawa等人对VDF含量为50~80mol%的P(VDF-TrFE)进行研究发现：TrFE的引入可以使该共聚物很容易获得β晶型，获得良好的铁电、压电和热释电性能，并具有明显的居里点和铁电-顺电相转变（F-P）现象，且TrFE的含量则直接决定了共聚物的F-P转变温度。P(VDF-TrFE)的制备条件更为简单、温和，当TrFE含量达到一定值时，简单的溶液涂膜、熔体流延等方法均可以得到高β相含量的薄膜。但需指出的是，以上所研究的P(VDF-TrFE)均是来自于共聚方法，该方法具有单体难以获得、合成工艺条件苛刻和成本高的不足，因此难于推广使用。

近年来已有用偏氟乙烯和三氟氯乙烯共聚物（P(VDF-CTFE)）氢化反应间接制备的报道P(VDF-TrFE)[Wang ZM,Zhang ZC,Mike Chung TC.Macromolecules,2006;39:4268]，该方法中采用了三丁基氢化锡和偶氮二异丁腈为催化剂，在四氢呋喃中进行氢化反应，但是剧毒有机锡化合物的使用使得所得的产物难以纯化。最近又提出自由基链转移的方法进行氢化，该方法采用N-甲基吡硌烷酮为溶剂，低价态过渡金属卤化物和相应的含氮配体构成的配合物为引发剂，以易给氢化合物为链转移剂，在氯气保护下，通过一步链转移反应来合成P(VDF-TrFE)（中国发明专利CN 101691412；Tan SB,Liu EQ,Zhang QP，Zhang ZC.Chem.Commun.2011;47:4544）。该方法具有操作安全、稳定性好和原料毒性低的特点，并且该方法可大幅度降低P(VDF-TrFE)的制备成本，使之在更广阔的领域内得到应用提供了契机。

氢化方法得到的P(VDF-TrFE)与直接共聚的P(VDF-TrFE)有着本质的不同，主要在于直接共聚物种VDF(-CF₂-CH₂-)与TrFE（-CF₂-CFH-）之间的连接方式为头-尾相接（--CF₂CH₂-CF₂-CFH--），而氢化共聚物中是头-头相接（--CF₂CH₂-CFH-CF₂--），两种连接方式的差异导致其热、结晶及介电性能完全不同（Zhang ZC，Meng QJ,Chung TCM.Polymer.2009,50,707.）。

发明内容

本发明解决的问题在于提供头-头连接的氢化P(VDF-TrFE)制备驻极体压电材料的应用和方法，该聚合物经加热电场极化后具有高压电系数、良好的机电耦合性能等优点，可以在传感器、记忆器件和能量转换器件等领域内得到广泛应用。

本发明是通过以下技术方案来实现：

VDF和TrFE单体连接方式为头-头方式的氢化P(VDF-TrFE)二元共聚物在制备驻极体压电材料中的应用。

将氢化P(VDF-TrFE)二元共聚物在电场下极化，使氢化P(VDF-TrFE)二元共聚物分子链中C-F和C-H键形成的偶极矩沿电场方向取向的排列。

所述的氢化P(VDF-TrFE)二元共聚物中VDF摩尔分数在90%～60%之间。

聚物元件；所述的光滑基底为石英片、玻璃片或金属片；

所述熔融挤出法制备得到厚度为0.05～2.0mm的氢化P(VDF-TrFE)元件；

所述热压法制备得到厚度为0.1～2.0mm的氢化P(VDF-TrFE)元件。