一种P（VDF-TrFE-CFE）铁电聚合物薄膜的制备方法

本发明属于铁电聚合物的，更具体涉及一种p(vdf-trfe-cfe)铁电聚合物薄膜的制备方法。

背景技术：

1、铁电体是技术上重要的智能材料，可用于电容器、传感器、传感器、非易失性存储器和电光调制器。30多年来，铁电聚合物，特别是偏氟乙烯均聚物pvdf及其与三氟乙烯的无规共聚物p(vdf-trfe)s引起了相当大的关注。

2、其中，p(vdf-trfe)是一种铁电聚合物，其铁电相具有全反式构象。通过将聚合物加热到高于铁电，对电(f，p)转变温度，铁电相转变为对电(非极性)相，对电相是具有反式和扭式键的混合物。这两相之间的分子构象之间的变化导致会导致发生超过7％应变。然而，在p(vdf-trfe)共聚物中，这种转变过程发生在接近100℃的温度下，并且涉及到非常大的滞后。针对此，解决方法之一是通过高能辐照引入缺陷，将长程极性区打破为微畴，从而在室温下稳定了非极性相，显著降低甚至消除了极性相与非极性相之间的转变屏障。因此，在室温下，外电场可以诱导从非极性相到极性相的连续转变，并且具有很小的滞后。这一过程因为与构象变化，因此直接导致了较大的电伸缩。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种p(vdf-trfe-cfe)铁电聚合物薄膜的制备方法，采用p(vdf-trfe-cfe)三聚物代替p(vdf-trfe)共聚物，通过引入少量的体积大的基团(cfe)到p(vdf-trfe)中形成p(vdf-trfe-cfe)，也能得较小的滞后性以及较大的电伸缩。用三元聚合物方法的优点是它消除了辐照过程，从而简化了电致伸缩聚合物的加工；并且去除聚合物辐照引起的不良副作用，如自由基的形成、链断裂和交联。

2、p(vdf-trfe-cfe)三元共聚物可溶于高极性有机溶剂，本发明通过将p(vdf-trfe-cfe)三元共聚物溶于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和二甲基亚砜(dmso)的混合溶剂中，再旋涂制膜，可以在保证p(vdf-trfe-cfe)三元共聚物溶解性的同时，所得薄膜的均匀性和平整性也有很好改善。dmso具有更高的偶极矩(20℃时为4.1d)和沸点(189℃)，当dmf:dmso的体积比为1:1时形成的膜表现出良好的均匀性，而当dmso含量大于50％导致溶液粘度过高，不利于滴铸、旋涂均匀膜。

3、为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种p(vdf-trfe-cfe)铁电聚合物薄膜的制备方法，包括如下步骤:

4、步骤一：将p(vdf-trfe-cfe)三聚物粉末加入dmf和dmso的混合溶液中，搅拌使其充分溶解；

5、步骤二：所得聚合物溶液旋涂成膜，并干燥；

6、步骤三：所得薄膜进行真空退火。

7、进一步优选的，所述混合溶液中dmf和dmso的体积比为1:1。

8、进一步优选的，所述p(vdf-trfe-cfe)三聚物粉末与混合溶液的使用量之比为0.2-0.4g：5ml。

9、进一步优选的，所述p(vdf-trfe-cfe)三聚物粉末的粒径为1-5μm。

10、进一步优选的，搅拌时间不短于12h。

11、进一步优选的，聚合物溶液旋涂成膜时所用聚合物溶液的体积为0.5-1.0ml，旋涂厚度为10-15μm。。

12、进一步优选的，所述旋涂的转速为200-250rpm，时间为10-30s，加速度为30-50r/s。

13、在该旋涂转速、时间、加速度以及溶液用量所制备出来的膜成膜最为理想。

14、进一步优选的，所述干燥为在60-70℃的烘箱中干燥12-14h。

15、进一步优选的，所述退火为在120-140℃的真空烘箱中退火24-30h，真空压力为-0.3mpa至-0.1mpa。

16、本发明的技术方案之二：一种由上述制备方法制得的p(vdf-trfe-cfe)铁电聚合物薄膜。

17、相比于现有技术，本发明具有以下优点：

18、(1)采用p(vdf-trfe-cfe)取代电子辐照，可以避免除聚合物辐照引起的不良副作用。

19、(2)通过将p(vdf-trfe-cfe)三元共聚物溶于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和二甲基亚砜(dmso)的混合溶剂中，再旋涂制膜，可以在保证p(vdf-trfe-cfe)三元共聚物溶解性的同时，所得薄膜的均匀性和平整性也有很好改善。

技术特征：

1.一种p(vdf-trfe-cfe)铁电聚合物薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:

2.如权利要求1所述p(vdf-trfe-cfe)铁电聚合物薄膜的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中dmf和dmso的体积比为1:1。

3.如权利要求1所述p(vdf-trfe-cfe)铁电聚合物薄膜的制备方法，其特征在于，所述p(vdf-trfe-cfe)三聚物粉末与混合溶液的使用量之比为0.2-0.4g：5ml。

4.如权利要求1所述p(vdf-trfe-cfe)铁电聚合物薄膜的制备方法，其特征在于，所述p(vdf-trfe-cfe)三聚物粉末的粒径为1-5μm。

5.如权利要求1-4之一所述p(vdf-trfe-cfe)铁电聚合物薄膜的制备方法，其特征在于，搅拌时间不短于12h。

6.如权利要求1所述p(vdf-trfe-cfe)铁电聚合物薄膜的制备方法，其特征在于，聚合物溶液旋涂成膜时所用聚合物溶液的体积为0.5-1.0ml，旋涂厚度为10-15μm。

7.如权利要求1所述p(vdf-trfe-cfe)铁电聚合物薄膜的制备方法，其特征在于，所述旋涂的转速为200-250rpm，时间为10-30s，加速度为30-50r/s。

8.如权利要求1或6或7所述p(vdf-trfe-cfe)铁电聚合物薄膜的制备方法，其特征在于，所述干燥为在60-70℃的烘箱中干燥12-14h。

9.如权利要求1或6或7所述p(vdf-trfe-cfe)铁电聚合物薄膜的制备方法，其特征在于，所述退火为在120-140℃的真空烘箱中退火24-30h，真空压力为-0.3mpa至-0.1mpa。

10.一种如权利要求1-9任一项所述制备方法制得的p(vdf-trfe-cfe)铁电聚合物薄膜。

技术总结本发明涉及铁电聚合物的技术领域，公开了一种P(VDF‑TrFE‑CFE)铁电聚合物薄膜的制备方法，包括如下步骤:步骤一：将P(VDF‑TrFE‑CFE)三聚物粉末加入在DMF和DMSO的混合溶液中，搅拌使其充分溶解；步骤二：所得聚合物溶液旋涂成膜，并干燥；步骤三：所得薄膜进行真空退火。本发明采用P(VDF‑TrFE‑CFE)取代电子辐照，可以避免除聚合物辐照引起的不良副作用，通过将P(VDF‑TrFE‑CFE)三元共聚物溶于N,N‑二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶剂中，再旋涂制膜，薄膜具有更好均匀性和平整性的同时，在电场中也能得到更好的应变效果。技术研发人员：石子杰,万军民,吴谌情,谢凯受保护的技术使用者：浙江理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18