在外场(如外电场、温度、压力等)激励下能产生显著机械形变的材料已引起了广泛的关注.对这类用作传感器和驱动器的材料希望它们具有良好的性能-精确度高、反应速度快、弹性能量密度高、不易疲劳而性能稳定.然而到目前为止,能达到以上全部指标的材料却很少.例如压电陶瓷材料虽有较快的反应速度和较低的电滞,却由于应变量太小(0.2%)而难以广泛应用:形状记忆合金的应变量很可观,但反应速度慢且热滞大影响了它的发展!1.21

铁电聚合物作为一种新兴材料,由于易于加工成形轻质而成本低受到广泛的研究3-6].铁电高分子材料聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,简称 PVDF)及其与聚三氟乙烯(Trifluoroethylene,简称 TrFE)形成的铁电高分子共聚物P(VDFTrFE)是唯一已获得实际应用的铁电共聚物.然而,未经处理的P(VDFTrFE)由于低的压电常数和应变量而限制了它的推广应用.利用辐照改性的方法可以很好地解决这一问题7~叫,它改变了材料内的晶化区,改善了材料的各项性能应变量和弹性能量密度均有了大幅度的提高(应变量达到 4%);电滞也有了极大的收缩.也就是说辐照改性后的 P(VDF- TrFE)具有很好的压电性能.同时,经辐照改性方法处理的P(VDF-TrFE),在传感、控制、降噪、减振等诸多高技术领域均有明确的应用前景。

本文采用最小二乘法.对辐照改性后铁电高分子材料P(VDF-TrFE)薄膜试样的et曲线进行 Vogel-Folcher 关系(简称VF关系)模拟，从而得出辐照改性后的P(VDFTrFE)薄膜的f-tm 关系满足VF 关系式即具有与自旋玻璃体系13.14及弛豫铁电体15类似的性质.并对不同条件下的冻结温度t”进行分析.从中得出P(VDFTrFE)随加工和辐照条件变化的规律，根据实际需要选择适当的制备和处理工艺.

 

1实验及计算方法

 

自旋玻璃体系是指在一种非磁性金属基体中无序地分布着少量磁性杂质原子的稀释合金系统!171这种稀释合金系统往往在某特定温度tr 以下.其杂质磁矩将混乱地被冻结起来.宏观磁矩等于零.系统的这一状态称之为自旋玻璃态.t 称之为冻结温度其磁导率u峰值和峰值温度均随频率变化.频率f与峰值温度tm 满足同样的关系式

实验的目的是通过测量不同的频率下电容C随温度的变化,然后根据公式=C:d/@S(e为相对介电常数@为真空中的介电常数.@= 8.85 x10F·m,S为薄膜的面积,d为薄膜的厚度)来作出C曲线,再对该曲线进行 VF 关系模拟.用来做实验的薄膜试样选取了两种不同的成分 P(VDFTrFE)50/50(即摩尔百分比 VDF和TrFE各为 50%)和 P(VDF-TrFE)65/35(即摩尔百分比 VDF 为65%.TrFE 为35%).在225C利用热压法制成薄膜试样厚度大约在 15~40 pm 之间.其中包括未辐照过的和辐照过的试样: 辐照过的试样分为拉伸过的和未拉伸过的两种.本文选取了95C和77℃两个不同的温度进行辐照.辐照处理是在氮气氛围中用3MeV 的电子进行的,剂量控制在40~150 Mrad 之间.在测量试样的电容之前,先在薄膜的两侧镀上金属电极.对于不同的薄膜分别进行升温和降温过程的测量。

由实验可以得到不同频率下的e关系的典型曲线如图1所示

由图1可以看出,e 关系曲线都有一个峰值峰值和峰值温度均随外电场频率变化.而且,升温和降温曲线也有一定的差别.由于图1与弛豫铁电体的C变化曲线相似,可用VF关系式5进行模拟分析f= foexp[- u/k(tm - ti)] (1) 

上式中u是与活化能有关的常数.k是玻尔兹曼常数,fo是一个频率常数,t为冻结温度,它也是个常数.tm是峰值温度,f为频率(这两项均可以则得).

利用最小二乘法进行模拟分析:

令 y= Inf, a= Info 

c'= - uk, b= ti, x= tm

等(1)式两边取对数,则

y= a+c'/(x-b) (2) 

去分母便有

xy= ax+ by+c- ab ( 3) 

C'- ab= c

再令 z= ax+ by- xy+c (4) 

由最小二乘法知,对一组(f.tm)即(y.x)误差最小的条件是下式最小: