图形化FEP驻极体的制备与性能研究

【摘要】微型驻极体发电机作为一种微能源器件，它将自然环境中的机械能转换为电能，这种器件工作寿命长，而且对环境无污染，是替代纽扣电池的理想能源。国内外的研究机构制备出了许多微型驻极体发电机的原型机，但是受到驻极体性能的限制，这些发电机都难以投入实际应用。目前驻极体发电机使用的多为SiO2等无机材料，高性能的聚合物材料(FEP、PTFE等)由于难以加工而无法使用，制备出高性能且适用于微型发电机的驻极体是目前的研究难点。本文研究了TeflonFEP的驻极体性能，并且成功制备出了图形化FEP驻极体。本文制备图形化FEP驻极体的方法也适用于其他的聚合物驻极体材料，对聚合物材料在微型驻极体发电机的应用有重要的意义。本文的主要研究内容与结果如下：（1）将FEP分别在室温(约25℃)、100℃和200℃下进行电晕充电，研究充电温度对FEP驻极体电荷存储稳定性的影响，高温电晕充电可以提高FEP驻极体的电荷存储稳定性，但是在AC电晕模式下，高温充电却会对FEP的电荷稳定性造成负面的影响。（2）分别在直流负电晕(DC-)、直流正电晕(DC+)、脉冲正电晕(Pulse+)和交流电晕(AC)四种电晕模式下制备FEP驻极体，研究电晕模式与FEP驻极体的电荷存储稳定性的关系。负极性的FEP驻极体的电荷存储稳定性高于正极性的FEP驻极体。脉冲电晕制备的FEP驻极体的稳定性比直流电晕的样品高。AC电晕制备的FEP驻极体是负极性的，并且稳定性最高。（3）对不同温度和不同电晕模式制备的FEP驻极体进行热刺激放电实验，与常温注极的FEP样品的TSD谱相比，高温注极的样品的TSD谱的低温电流峰向高温处转移或者消失。相同极性的FEP驻极体的TSD谱相似，不同极性的样品的TSD谱差别很大。（4）提出了三种利用大块FEP薄膜制备图形化FEP驻极体的方案，经过充电实验验证，介质阻挡热极化和使用图形化金属电极无法制备图形化FEP驻极体，原因是前者在极化过程中有电偶极子的取向极化，以及后者极化过程中的气隙放电都会使整块薄膜发生极化。在薄膜表面蒸镀一层图形化电极，成功制备出了图形化FEP驻极体。（5）通过对图形化FEP驻极体性能的研究，发现图形化FEP驻极体的电荷存储稳定性不高，原因是电极增加了FEP的表面电导率和表面活性，表面电荷更容易发生衰减，使样品的电荷存储稳定性变差。（6）电极的宽度对样品的电荷存储稳定性也有一定的影响，当电极宽度变小时，电极之间的间距变小，FEP表面电荷向电极扩散/迁移的路程变短，使电荷更容易发生衰减。随着电极宽度的增加，驻极体的电荷存储稳定性有一定改善。
【作者】张东林；
【导师】陈钢进；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，物理电子学，2014，硕士
【关键词】驻极体；FEP；电晕模式；图形化驻极体；

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