Hard-to-soft transition-enhanced piezoelectricity in poly(vinylidene fluoride) via relaxor-like secondary crystals activated by high-power ultrasonication

材料科学 压电 超声 差示扫描量热法 压电系数 无定形固体 电介质 聚偏氟乙烯 复合材料 聚合物 化学工程 光电子学 结晶学 化学 物理 工程类 热力学
作者
Guanchun Rui,Elshad Allahyarov,Ruipeng Li,Philip L. Taylor,Lei Zhu
出处
期刊:Materials horizons [Royal Society of Chemistry]
卷期号:9 (7): 1992-1998 被引量:27
标识
DOI:10.1039/d2mh00442a
摘要

Although high piezoelectric coefficients have recently been observed in poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) [P(VDF-TrFE)] random copolymers, they have low Curie temperatures, which makes their piezoelectricity thermally unstable. It has been challenging to achieve high piezoelectric performance from the more thermally stable PVDF homopolymer. In this report, we describe how high-power ultrasonic processing was used to induce a hard-to-soft piezoelectric transition and improve the piezoelectric coefficient d31 in neat PVDF. After high-power ultrasonication for 20 min, a uniaxially stretched and poled PVDF film exhibited a high d31 of 50.2 ± 1.7 pm V-1 at room temperature. Upon heating to 65 °C, the d31 increased to a maximum value of 76.2 ± 1.2 pm V-1, and the high piezoelectric performance persisted up to 110 °C. The enhanced piezoelectricity was attributed to the relaxor-like secondary crystals in the oriented amorphous fraction, broken off from the primary crystals by ultrasonication, as suggested by differential scanning calorimetry and broadband dielectric spectroscopy studies.
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