強誘電性高分子結晶の高次構造の制御と応用に関する研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06452342
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 大東 弘二 山形大学, 工学部, 教授 (90185372)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古賀 啓子 九州産業大学, 工学部, 助手 (90234723)
• Keywords: 強誘電性高分子 / 圧電効果 / 相転移 / 分子鎖運動 / 高分子単結晶 / 超音波トランスジューサ / ずり弾性率 / 誘電率

Research Abstract

強誘電性高分子結晶の高次構造の制御はより強い圧電効果を持つ材料の開発に重要であり,また,結晶性高分子のより深い理解に役立つ.本研究では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)とPVDFを主な対象に次のことを明らかにした.
1)P(VDF/TrFE)の延伸膜を常誘電相(六方晶相)で結晶化すると,単結晶状の膜が生成する.生成過程をX線回折で追跡し,結晶a,b軸の選択配向が延伸時でなく,常誘電相で形成することが分かった.単結晶状膜強い圧電効果と,大きい弾性率をもつことが分かった.[単結晶状膜とその応用に関して特許(国有)申請をした.]
2)単結晶状膜における分子鎖の運動をX線回折,誘電率,および複素弾性率から調べた.膜は少なくとも0.2mm以上の大きさの結晶ドメインからなり,分子鎖方向のずり弾性率C_<55>がソフト化によって常誘電相への相転移が生じること,常誘電相では分子鎖に垂直方向の結晶格子の乱れは極めて小さいことも明らかになった。
3)P(VDF/TrFE)単結晶状膜と延伸PVDF膜のもつ独立な5種の圧電効果に関する定数を決定した.これらはいずれも実用できる大きさをもつ.積層膜から切り出した厚みずり振動子を利用した横波超音波初めて開発し,極低温から,400Kまでの工業材料の横波音速の測定や超音波破壊検査に利用できることを実証した.
4)高圧下でのPVDFとP(VDF/TrFE)の圧力-温度相図を決定した.高圧下で出現する六方晶相で結晶化することにより,大きい電気機械結合係数をもつ(kt=0.27),200℃まで実用可能な圧電材料を得ることができた.また,PVDFとP(VDF/TrFE)が高圧下で共晶化することを見出した.望ましい性能をもつ圧電材料の設計に役立つ.
5)延伸ポリエチレン膜を高圧六方晶相で結晶化することにより,完全伸長鎖結晶膜を得ることに成功した。

Research Products

• [Publications] Hiroji Ohigashi: "The formation of“single crystalline films"of ferroelectric copolymer of vinylidene fluoride and trifluoaroethylene" Applied Physics Letters. 66. 3281-3283 (1995)
• [Publications] Kenji Omote: "Shear piezoelectric properties of PVDF and vinylidene fluoride trifluoroethylene copolymers, and thier applications to shear mode transducers" Applioed Physics Letters. 66. 2215-2217 (1995)
• [Publications] Hiroji Ohigashi: "Improvement of piezoelectric properties of poly(vinylidene Fluoride)and its copolymers by crystallization under high Pressures," Ferroelectrics. 171. 11-32 (1995)
• [Publications] Kenji Omote: "Properties of transverse ultrasonic transducers of ferroelectric polymers working in thickness shear modes." IEEE Trans. Ultrason. Ferroelect. and Freq. Cont.43(No.2(March)印刷中). (1996)
• [Publications] Takeshi. Hattori: "Crystallization behaviour and phase dagram of extended chain crystals of poly(vinylidene fluoride)under high pressure" Polymer. 37. 85-91 (1996)
• [Publications] 古賀啓子: "フッ化ビニリデン-三フッ化エチレン共重合体P(VDF-TrFE)“単結晶"膜の結晶サイズと乱れI" 九州産業大学工学部研究報告. 32. 131-134 (1995)
• [Publications] Yuqing Wen: "Microstructure and crystallization of P(VDF-TrFE)/PMMA Blends" Rep. Progr. Polymer Phys. Jpn.38. 231-234 (1995)
• [Publications] Kenji Omote: "Mechanical and Dielectric Relaxations in “single crystalline filim"of P(VDF/TrFE)" Rep. Progr. Polymer Phys. Japan. 38. 305-308 (1995)
• [Publications] Takeshi. Hattori: "Improved piezoelectricity in thick lamellar β-form crystals of poly(vinylidene fluoride)crystallized under high pressure" J. Appl. Phys.79. 2016-2022 (1996)
• [Publications] Kenji Omote: "Shear piezoelectric constant of polarized polyvinylidene fluoride studied by the piezoelectric resonance method" Japan. J. Appl. Phys.35(No.3(March)印刷中). (1996)
• [Publications] 大東弘二: "新版高分子分析ハンドブック(分担執筆)" 紀伊国屋書店, 1830(1437-1445) (1995)