電場制御による高度に秩序化した強誘電性高分子単結晶状膜の作成とその構造と物性

电场控制制备高度有序单晶铁电聚合物薄膜及其结构和物理性能

• 批准号: 12875184
• 负责人: 大東 弘二
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12875184/
• 关键词: 強誘電性高分子; P(VDF; TrFE); 単結晶状膜; 配向秩序; 分極配向; 単一ドメイン化; 高弾性; 結晶欠陥

圧電・強誘電性をもつフッ化ビニリデンと三フッ化エチレンの共重合体P(VDF/TrFE)の一軸延伸膜を常誘電相で結晶化するすると,無限にのびた伸長鎖結晶からなる高度に2重配向した「単結晶状膜」ができる.この膜には次の3つの乱れが存在する:(i)分子鎖上のコンフォメーションの乱れ;(ii)結晶内での分子鎖の配列の乱れ;(iii)伸長鎖結晶の分極軸(b軸)が膜法線から±30°を向くことによる(110),(110)面を分域壁とする双晶ドメインの存在.これらの乱れのない真の単結晶膜を作成し,圧電・力学物性を向上させる目的で本研究を行い,次の結果を得た.(1)上記(i)の欠陥はキュリー温度直下の温度で熱処理,または室温でのポーリングで解消し,キュリー点が顕著に上昇した.(2)(ii)の欠陥は,常誘電相で長時間熱処理すると解消した.常圧でよりも高圧高温下での方がより効果的であった.この処理で分子鎖軸(c軸)およびb軸の配向秩序がともに顕著に向上した.また,圧電共振から求めた延伸軸(分子鎖軸)方向の音速V_<11>が顕著に向上した.V_<11>は10Kで10.0km/s,295Kで6.0km/sと大きい.ヤング率Y_<11>はそれぞれ,203GPa,71GPaである.これほど大きい弾性率を示す高分子膜は他に例を見ない.圧電率も大きい.(3)(iii)の欠陥はb軸を膜面に平行に配向させると解消する.このため,単結晶状膜を約200枚積層し,膜面に垂直,分子鎖に平行に切断して得た薄板の法線方向に高電場を印加して分極化した.X線回折からb軸は膜面に平行に配向したことが分かった.ただし,積層膜の接着部での絶縁破壊が生じ易く,薄板全面にわたるb軸配向は未成功である.このため圧電結合係数k_tも0.2と小さい.本研究では真の単結晶状膜の作成が可能であることを実証できた.今後,所期目的をより完全に達成するよう研究を進める.結果の一部は国有特許申請の予定.

圧 electricity, strong electrical を lure も つ フ ッ change ビ ニ リ デ ン と three フ ッ change エ チ レ ン の weigh fit in P (VDF/TrFE) の a shaft extension membrane を often induced electric で crystallization す る す る と, infinite に の び た elongation lock crystallization か ら な る に two heavy with high to し た 単 crystal film が で き る. こ の membrane に は の 3 つ の disorderly れ が exist す る : (I The molecular lock is in a mess of コ フォメ フォメ ショ ショ ショ れ れ (ii) The molecular locking and matching of で <s:1> molecules within the crystal are disorderly れ; (iii) elongation lock crystallization の polar axis (b) points が membrane normal か ら plus or minus 30 ° を to く こ と に よ る (110), (110) surface を points domain walls と す る twin ド メ イ ン の. こ れ ら の disorderly れ の な い is の 単 crystallization membrane を し consummate, 圧 electricity, mechanics property を upward さ せ る purpose で を い, this study times の を た. Results (1) Remember (I) の owe 陥 は キ ュ リ ー straight temperature の temperature で 処, ま た は room temperature で の ポ ー リ ン グ で null し, キ ュ リ ー point が 顕 through に し た. (2) (ii) の owe 陥 は, often induced electric phase で long time hot 処 す る と null し た. Often 圧 で よ り も 圧 high temperature high で の party が よ り unseen fruited で あ っ た. こ の 処 Richard で molecular lock shaft axis (c) お よ び b axis の match to order が と も に 顕 the に upward し た. ま た, 圧 electrical resonance か ら o め た extension shaft V_ (molecular lock shaft) direction の sound < 11 > が 顕 the に upward し た. V_ < 11 > は 10 k で 10.0 km/s , 6.0 km/s 295 k で と big き い. ヤ ン Y_ グ rate < 11 > は そ れ ぞ れ, 203 gpa, 71 gpa で あ る. こ れ ほ ど big き い 弾 を sex rate in す polymer film は him に example を な い. 圧 electricity rate も big き い. (3) (iii) の owe 陥 は b axis を に parallel に match at the membrane surface to さ せ る と null す る. こ の た め, 単 crystal membrane を し 200 m product layer, the membrane surface に vertical, parallel molecular lock に に cut し て た sheet の normal direction に high electric field を Inca し て polarisation し た. X-ray inflexion か ら b axis は に parallel に match at the membrane surface to し た こ と が points か っ た. た だ し, laminated membrane の then department で の never try to break the 壊 が raw じ く, sheet comprehensive に わ た る axis b failed to match the は で あ る. こ の た め 圧 electricity combination coefficient k_t も 0.2 と small さ い. This study suggests that the formation of a が possible である で とを とを is a practical proof of で た た. In the future, the expected objective をよ をよ に will be fully achieved に in the するよう research を to める. As a result, a <s:1> application for the state-owned concession of に will be determined.

项目成果

M.A.Barique: "Thickness dependence of orientation factors of crystal axes of poly-(vinylidene fluoride/trifluoroethelene) single crystalline films"Polymer J.. 33. 69-74 (2001)

M.A.Barique：“聚(偏二氟乙烯/三氟乙烯)单晶薄膜的晶轴取向因子的厚度依赖性”Polymer J.. 33. 69-74 (2001)

H.Ohigashi: "Structure, properties and applications of ferroelectric single crystalline films of vinylidene fluoride and trifluoroethylene copolymers"Material Research Symposium Proceedings. 600. 23-34 (2000)

H.Ohigashi：“偏二氟乙烯和三氟乙烯共聚物铁电单晶薄膜的结构、性能和应用”材料研究研讨会论文集。

H.Ohigashi: "Structure of single crystalline films of vinylidene fluoride and trifluoroethylene copolymer"Polymer J.. 33(発表予定). (2001)

H.Ohigashi：“偏二氟乙烯和三氟乙烯共聚物的单晶薄膜的结构”Polymer J.. 33（待发表）。

M.A.Barique: "Annealing effects on the Curie transition emperature and melting temperature of poly (vinylidene fluoride/trifluoroethylene) single crystalline films"Polymer. 42. 4981-4987 (2001)

M.A.Barique：“退火对聚（偏二氟乙烯/三氟乙烯）单晶薄膜的居里转变温度和熔化温度的影响”聚合物。

大東弘二: "強誘電性高分子単結晶状膜の構造と物性"山形大学紀要(工学). 26. 77-99 (2001)

大东浩司：“铁电聚合物单晶薄膜的结构和物理性能”山形大学学报（工学）26. 77-99（2001）。