ПОЛЯРИЗОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ, ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ПОЛЯРНЫХ ПОЛИМЕРОВ. Этап 2024 г.

Диэлектрические свойства композиционных структур на основе поливинилиденфторида PVDF и его сополимера с трифторэтиленом P(VDF-TrFE) с различными концентрациями сегнетоэлектрических кристаллических наполнителей исследованы в частотном интервале 10 Гц - 3 МГц при различных температурах. Показано, что наиболее сильное влияние наполнители оказывают на величину диэлектрическую проницаемости, тогда как тангенс угла диэлектрических потерь изменяется в меньшей степени. Процесс предварительной поляризации композитов понижает величину диэлектрической проницаемости на 20–25 %, не оказывая заметного влияния на диэлектрические потери. Выполнен расчет распределения поляризации по толщине пленок чистого полимера PVDF и его сополимера P(VDF-TrFE). Пироэлектрический коэффициент, а, следовательно, поляризация практически однородно распределены по толщине образца (вне зависимости от способа его изготовления) за исключением приповерхностного слоя с выходом «+»Ps . При толщине пленки 25 мкм толщина слоя не превышает 5 мкм. В этой области поляризация уменьшается монотонно до величины ~2/3 от поляризации в объеме для пленок P(VDF-TrFE) и до ~1/3 - для PVDF. Профиль поляризации в композиционных образцах существенно отличается от однородного. Область образца толщиной от 50-ти и более процентов от общей толщины образца имеет практически однородное распределение поляризации, тогда как остальная часть образца для всех композитов характеризуется повышенным значением пироэлектрического коэффициента (поляризации), которое может в 3-4 раза превосходить значение, характерное для остального объема. На основе пироэлектрических и диэлектрических измерений определены показатели качества композиционных образцов как чувствительных пироэлектрических элементов. Среди исследованных материалов наибольшее значение показатели качества характерны для образцов композита P(VDF-TrFE) + 20 % ЦТС. Его пироэлектрические характеристики приближаются к показателям качества традиционных кристаллических пироэлектрических материалов. Методом силовой микроскопии пьезоэлектрического отклика (СМП) определена величина эффективного пьезоэлектрического коэффицинта d33 на микроскопическом уровне, которая составляет 10 пКл/Н для чистого P(VDF-TrFE). Введение наполнителя в основном понижает величину эффективного пьезоэлектрического коэффициента d33. Исследования макроскопических пьезоэлектрических свойств показали, что для пленок PVDF и P(VDF-TrFE) без включений значения d33 достигают 27 и 30 пКл/Н, соответственно. Добавлением включений увеличения пьезоэлектрической активности на макроскопическом уровне добиться не удалось. Исследования процессов переключения макроскопической поляризации на основе регистрации петель диэлектрического гистерезиса показали, что воздействие переменных полей амплитудой до 35 МВ/м для пленок P(VDF-TrFE) и 70 МВ/м для пленок PVDF не вызывает процессов переполяризации. Приложение больших полей приводит к формированию петель диэлектрического гистерезиса, характерных для сегнетоэлектрических материалов. Подобное поведение характерно как для пленок PVDF и P(VDF-TrFE), сформированных методом кристаллизации из раствора, так и для пленок, полученных в процессе 3D-печати. Наличие включений кристаллических (керамических) сегнетоэлектриков несколько понижает значение коэрцитивного поля, практически не меняя значение остаточной поляризации.