聚偏二氟乙烯（PVDF）是一種高度非反應(yīng)性的熱塑性含氟聚合物。它可以通過偏二氟乙烯的聚合來合成。 PVDF有多種商品名，如KF，Hylar，Kynar和Solef。

介紹
聚偏二氟乙烯（PVDF）是一種高度非反應(yīng)性的熱塑性含氟聚合物。它可以通過偏二氟乙烯的聚合來合成。 PVDF有多種商品名，如KF，Hylar，Kynar和Solef。
PVDF主要用于純度極高且需要溶劑和酸堿腐蝕的應(yīng)用中。 PVDF的密度（1.78 g / cm）低于其他含氟聚合物，如聚四氟乙烯。
PVDF可用于生產(chǎn)管材，片材，薄膜，基材和電纜的絕緣皮。同時(shí)，它也可以注塑或焊接，廣泛用于化學(xué)，半導(dǎo)體，制藥和國(guó)防工業(yè)，例如，它可以用于制造鋰離子電池。此外，它還可以制成交聯(lián)的閉孔泡沫，其越來越多地用于航空航天應(yīng)用中。
細(xì)粉級(jí)PVDF，如KYNAR 500 PVDF和HYLAR 5000 PVDF，可用于制造高端金屬涂層。該涂料具有非常高的光澤度和顏色穩(wěn)定性。這種涂料可以在世界各地的許多著名建筑中找到，例如馬來西亞的雙子塔和臺(tái)灣的臺(tái)北101。這種涂層也可用于商業(yè)建筑以及家庭的金屬屋頂。
由于PVDF薄膜對(duì)氨基酸的非特異性親和力，它可用于在蛋白質(zhì)印跡分析中固定蛋白質(zhì)。
性質(zhì)
1969年，研究人員發(fā)現(xiàn)PVDF具有很強(qiáng)的壓電效應(yīng)：薄膜的極化系數(shù)（即強(qiáng)電場(chǎng)產(chǎn)生的凈電偶極矩）為6-7 pC / N，相當(dāng)于在那時(shí)。該值大10倍。
PVDF的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）約為-35℃，結(jié)晶度通常為50-60％。為了賦予材料壓電性能，通常在分子鏈的方向上機(jī)械拉伸材料，然后在張力下極化。 PVDF具有多種固相：α相（TGTG'），β相（TTTT）和γ相（TTTGTTTG'）。這些階段之間的差異在于分子鏈?zhǔn)琼樖剑═）還是反式（G）。 PVDF在極化后成為鐵電聚合物，具有良好的壓電性和熱電性。這些特性使其可用于生產(chǎn)傳感器和電池。例如，一些新的熱圖相機(jī)的傳感器使用PVDF膜。
與其他一些壓電材料（如PZT）不同，PVDF的d33值為負(fù)。從物理角度來看，這意味著當(dāng)其他材料在電場(chǎng)中膨脹時(shí)PVDF會(huì)收縮，反之亦然。
合成和后續(xù)處理
PVDF可以通過使用氣態(tài)偏二氟乙烯單體的自由基（或受控自由基）聚合方法合成。隨后的鑄造或溶液處理（例如溶液澆鑄，旋涂或薄膜澆鑄）。同時(shí)，準(zhǔn)備了Langmuir-Blodget膠片。通常用于基于溶液的處理的溶劑包括二甲基甲酰胺和丁酮。在水乳液聚合中，含氟表面活性劑和陰離子形式的全氟酸通常用作加工助劑以溶解單體。與其他含氟聚合物相比，聚偏二氟乙烯乙烯具有相對(duì)低的熔點(diǎn)（約177℃），因此更容易熔化。
經(jīng)處理的材料通常處于非壓電的α相。為了將其轉(zhuǎn)化為壓電相β，通常對(duì)材料進(jìn)行拉伸或退火。微米厚度的PVDF薄膜可以不進(jìn)行處理，薄膜和基材之間的殘余應(yīng)力足以將其轉(zhuǎn)化為β相。
為了獲得壓電響應(yīng)，首先在強(qiáng)電場(chǎng)中對(duì)材料進(jìn)行極化。極化電場(chǎng)通常大于30MV / m。為了獲得大的壓電響應(yīng)，在偏振過程期間在70和100℃之間的溫度下加熱較厚的膜（厚度大于100μm）。
機(jī)械化學(xué)中的定量脫氟處理可以更環(huán)保地處理PVDF廢物。
共聚物
PVDF的共聚物也可用于制造壓電材料和電致伸縮材料。最常用的共聚物是偏二氟乙烯 - 三氟乙烯共聚物，通常比例為約50：50wt％或65:35wt％（相當(dāng)于56：44mol％或70:30mol％）。另一種常用的共聚物是偏二氟乙烯 - 四氟乙烯共聚物。它們通過增加材料的結(jié)晶度來改善壓電響應(yīng)。
由于共聚物的結(jié)構(gòu)單元的極性小于純PVDF，因此上述共聚物通常具有高結(jié)晶度。這將導(dǎo)致更大的壓電響應(yīng)：偏二氟乙烯 - 四氟乙烯共聚物的d33高達(dá)-38pC / N，純PVDF的相應(yīng)值為-33pC / N.
三元共聚物
PVDF的三元共聚物可用于制造耐機(jī)電應(yīng)變的材料。更常用的PVDF基三元共聚物包括偏二氟乙烯 - 三氟乙烯 - 三氟氯乙烯共聚物和偏二氟乙烯 - 三氟乙烯 - 氯氟乙烯共聚物。松弛鐵電基三元共聚物它可以通過將大體積的三氟氯乙烯隨機(jī)摻入偏二氟乙烯 - 三氟乙烯聚合物鏈（其本身是鐵電體）中來制備。該隨機(jī)摻雜過程破壞了鐵電極性相的長(zhǎng)程有序，產(chǎn)生了納米極性疇。當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)，無序納米極域的構(gòu)象變?yōu)槿词綐?gòu)象，這導(dǎo)致材料在室溫下具有大的電致伸縮應(yīng)變和更高的介電常數(shù)（~50）。
應(yīng)用
由于PVDF具有彈性，重量輕，導(dǎo)熱系數(shù)低，耐化學(xué)性和耐熱性等優(yōu)良特性，因此常用于制造電線絕緣護(hù)套。細(xì)30線，通常用于繞組電路，PVDF絕緣，通常用于印刷電路板。具有PVDF絕緣的電纜通常被稱為商品名為PVDF的“Kynar線”。
由于其壓電特性，PVDF通常用于觸覺傳感器陣列，廉價(jià)應(yīng)變儀和輕質(zhì)音頻換能器的生產(chǎn)。
PVDF也是鋰電池復(fù)合電極的標(biāo)準(zhǔn)粘合劑：PVDF和溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中的石墨，硅，錫，LiCoO2，LiMn2O4或LiFePO4的活性，比重為1-2％。將鋰儲(chǔ)存材料和諸如炭黑或碳納米纖維的導(dǎo)電添加劑混合，然后將漿料澆鑄在金屬集電器上并蒸發(fā)NMP以形成復(fù)合電極或糊狀電極。在這種情況下可以使用PVDF，因?yàn)樗陔姵氐某潆姾头烹姷臐撛诜秶鷥?nèi)是化學(xué)惰性的，并且不與電解質(zhì)或鋰反應(yīng)。
在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，PVDF薄膜通常用于免疫印跡，其中蛋白質(zhì)被電泳。由于PVDF的耐溶劑性，測(cè)試中使用的薄膜可以很容易地剝離并重新用于檢測(cè)其他蛋白質(zhì)。 PVDF薄膜也可用于制造注射器或滾輪膜過濾裝置。該材料的耐熱性，耐化學(xué)性和低蛋白質(zhì)組合特性使其成為藥物制備的無菌過濾器，可用作HPLC和其他分析方法的樣品制備過濾器。這些樣品中的少量顆粒物質(zhì)損壞了設(shè)備。
PVDF還可用于制造專業(yè)的單絲釣魚線，以取代傳統(tǒng)的尼龍單絲。它的表面堅(jiān)硬，更耐魚尖齒的磨損，其光密度低于尼龍，使釣魚線不易受到魚眼的傷害。同時(shí)，它的密度大于尼龍，因此釣魚線可以更快地沉入魚中。
與半導(dǎo)體壓阻式傳感器相比，PVDF傳感器更適用于動(dòng)態(tài)模態(tài)測(cè)試，并且在結(jié)構(gòu)集成方面具有優(yōu)于壓電陶瓷換能器的某些優(yōu)點(diǎn)。由于成本較低且兼容性較高，使用PVDF的有源傳感器對(duì)于未來的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)非常重要。

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