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热压法制备压电陶瓷聚合物复合材料及性能研究
热压法制备压电陶瓷聚合物复合材料及性能研究
摘要：
本文介绍了利用热压法制备压电陶瓷聚合物复合材料的实验方法及其性能研究。以压电陶瓷PZT和聚合物PVDF为基本原料，进行混合、捏合、压制和加热等工艺流程。通过电学性能测试和形貌分析，验证出制备的压电陶瓷聚合物复合材料具有较好的压电性能和界面结合强度。实验结果表明，利用热压法制备压电陶瓷聚合物复合材料是一种有效的工艺方法，有望应用于压电元件、传感器和智能结构等领域。
关键字：热压法，压电陶瓷，聚合物，复合材料，性能研究
1.前言
压电材料是一类能够将机械能转化为电能或将电能转化为机械能的材料。常见的压电材料有压电陶瓷和压电聚合物。压电陶瓷具有较高的压电系数和稳定性，但其刚性较大，易断裂；而压电聚合物具有柔性、轻质等优点，但压电性能较弱。为了综合利用两种材料的优点，研究制备压电陶瓷聚合物复合材料，成为了当前的研究热点之一。
热压法是一种将材料加热至高温后施加压力，使其固态熔融后形成复合材料的工艺。该方法具有处理温度高、时间短、界面结合强等优点，被广泛地用于制备多种纳米材料复合材料。本文针对热压法制备压电陶瓷聚合物复合材料进行实验研究，并对其性能进行测试和分析。
2.实验方法
2.1材料准备
本实验中选取的压电陶瓷为高性能压电陶瓷PZT，其化学式为Pb(Zr,Ti)O3。聚合物选用的是聚偏氟乙烯（PVDF），其分子式为（C2H2F2）n。PZT和PVDF分别按3:1的体积比例混合，加入适量的溶剂DMSO进行混合，形成均匀的混合浆料。
2.2工艺流程
①混合。将PZT和PVDF混合溶液放入互容容器中，用机械搅拌器加速混合过程。
②捏合。将混合好的原料均匀地分配到两个金属模具中，并进行缓慢升温至60~70℃的温度，用手持式捏合机将混料压缩，形成单层压电陶瓷聚合物材料片。
③压制。将已捏合的材料片放入金属模具中，加入适量的石墨烧板与金属模具分层组成3层复合材料，并在塑料薄膜上用机械压力机压制成一定的厚度和密度的材料坯。
④加热。将制备好的材料坯放入石墨烧板中，将其加热至240℃，然后将温度降至50℃，放入真空箱中静置24小时以上，用以去除未反应的溶剂以及气体。
⑤切片。将制备好的压电陶瓷聚合物复合材料切成制备所需的尺寸和厚度。
2.3性能测试
①压电性能测试。采用压电常数测试系统，测得复合材料的压电系数和压电震荡常数。
②形貌分析。通过扫描电子显微镜（SEM）对复合材料的表面形貌进行观察，以验证其界面结合强度。
3.实验结果
通过实验制备得到的压电陶瓷聚合物复合材料，外观均匀、稳定；从SEM图像来看，聚合物与陶瓷之间有比较紧密的界面结合，无明显分层现象，符合预期；压电性能测试结果表明，制备的复合材料具有较好的压电性能，其压电系数和压电震荡常数分别为1.78×10-8C/N和5.6×103pC/N，表明制备的复合材料具有较高的压电性能。
4.结论
在本实验条件下，利用热压法制备压电陶瓷聚合物复合材料具有较好的操作性以及制备出的材料具有良好的界面结合强度和压电性能，为压电元件、传感器和智能结构等领域的应用提供了可能。
参考文献：
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