帶你了解PVDF

PVDF主要用于對純度有極高要求，同時(shí)需要抗溶劑及酸堿腐蝕的場合。比起其他含氟聚合物，比如聚四氟乙烯，PVDF的密度較低（1.78g/cm）。

PVDF可用于生產(chǎn)管材、板材、薄膜、基板以及線纜的絕緣外皮。同時(shí)，其還可進(jìn)行注射成型或焊接，廣泛用于化工、半導(dǎo)體、制藥以及國防工業(yè)，比如它可以用于制造鋰離子電池。此外，它還可以制成交叉鏈接閉孔泡沫，在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。

精細(xì)粉末品級的PVDF，如KYNAR 500 PVDF以及HYLAR 5000 PVDF，可以用于制造高端金屬涂料。這種涂料具有極高的光澤度以及色澤穩(wěn)定性。在許多著名建筑中，比如雙峰塔，臺北101，都可以發(fā)現(xiàn)這種涂料的身影。商用建筑以及住宅的鋪金屬屋面也可用到這種涂料。

由于PVDF薄膜對于氨基酸具有非特異親和性，因而其可以在Western印跡法檢測中用于固定蛋白質(zhì)。

1969年，研究人員發(fā)現(xiàn)PVDF具有較強(qiáng)的壓電效應(yīng)：極化（即放入強(qiáng)電場產(chǎn)生凈偶極矩）薄膜的壓電系數(shù)為6－7pC/N，比當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的聚合物的相應(yīng)數(shù)值大10倍以上。

PVDF的玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）約為?35°C，結(jié)晶度通常為50–60%。為了賦予材料壓電特性，材料通常會先沿著分子鏈的方向被機(jī)械拉伸，再在張力下進(jìn)行極化。PVDF有多種固態(tài)相：α相（TGTG'）、β相（TTTT）以及γ相（TTTGTTTG'）。這幾種相的差別在于分子鏈?zhǔn)琼樖剑═）的還是反式（G）的。PVDF在極化后會成為鐵電聚合物，具有良好的壓電性與熱釋電性。這些性質(zhì)令其可以用于生產(chǎn)傳感器與電池，比如一些新型的熱圖攝影機(jī)的傳感器就用到了PVDF薄膜。 [2] 

與一些其他的壓電材料，如PZT，不同，PVDF的d33值是負(fù)的。從物理意義的角度上說，這一點(diǎn)意味著，當(dāng)其他材料在電場中膨脹時(shí)，PVDF則會收縮，反之亦然。

PVDF可以利用氣態(tài)的偏二氟乙烯單體通過自由基（或受控自由基）聚合過程合成。后續(xù)還要進(jìn)行熔鑄或溶液處理（比如溶液澆鑄、旋涂或薄膜流延）。同時(shí)還要制備朗繆爾-布洛杰特薄膜。基于溶液的處理常用到的溶劑包括二甲基甲酰胺以及丁酮。在水性乳液聚合中，常用含氟表面活性劑，陰離子形式的全氟酸，來作為加工助劑，用于增溶單體。相較于其他含氟聚合物，聚偏二氟乙烯的熔點(diǎn)較低（約177°C），因而較易進(jìn)行熔化處理。

處理后的材料通常處于不具壓電性的α相。為了使其轉(zhuǎn)化為具有壓電性的β相，材料通常還要經(jīng)過拉伸或退火處理。微米級厚度的PVDF薄膜可以不經(jīng)過這種處理，薄膜與基板間殘余的應(yīng)力足以令其轉(zhuǎn)化為β相。

為了獲得壓電響應(yīng)，材料先要在強(qiáng)電場中進(jìn)行極化。極化電場通常要大于30MV/m。為了獲得較大的壓電響應(yīng)，較厚的薄膜（厚度大于100μm）要在極化過程中加熱，溫度在70－100°C之間。

機(jī)械力化學(xué)中一種定量脫氟處理可以較為環(huán)保地處理PVDF廢料。

PVDF的共聚物也可用于制作壓電材料與電致伸縮材料。其中最常用的共聚物是偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物，比例通常約為50:50 wt% 或65:35 wt%（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。它們通過提高材料的結(jié)晶性來改善壓電響應(yīng)。

由于共聚物的結(jié)構(gòu)單元比純PVDF的極性小，因而上述共聚物通常結(jié)晶度也較高。這將導(dǎo)致其壓電響應(yīng)更大：偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物的d33高達(dá)?38pC/N，而純PVDF相應(yīng)數(shù)值為?33pC/N。

PVDF的三元共聚物可以用于制造機(jī)電致應(yīng)變材料。較為常用的PVDF基三元聚合物包括偏二氟乙烯-三氟乙烯- 三氟氯乙烯共聚物以及偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯共聚物。這種基于弛豫鐵電體的三元共聚物可以通過向偏二氟乙烯-三氟乙烯聚合物鏈（本身是鐵電體）中隨機(jī)摻入膨松的三氟氯乙烯來制造。這種隨機(jī)摻雜的過程會破壞鐵電體極性相的長程有序性，從而產(chǎn)生納米極性疇。當(dāng)施加電場時(shí)，無序的納米極性疇的構(gòu)象會變?yōu)槿词綐?gòu)象，這會導(dǎo)致材料具有較大的電致應(yīng)變和室溫下較高的的介電常數(shù)（~50）。

由于具有彈性、低重量、低導(dǎo)熱性、高耐化學(xué)腐蝕性以及耐熱性等多重優(yōu)良性質(zhì)，PVDF常用于制作電線的絕緣外皮。常用于繞線電路的細(xì)30號線以及印刷電路板常用PVDF絕緣。具有PVDF絕緣層的線纜常以PVDF的商標(biāo)名而被稱為“Kynar線”。

PVDF由于具有壓電特性常用于生產(chǎn)觸覺傳感器陣列、廉價(jià)的應(yīng)變儀以及輕量的音頻換能器。

PVDF還是鋰電池復(fù)合電極的標(biāo)準(zhǔn)粘結(jié)劑：將溶于N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）比重為1－2%的PVDF與石墨、硅、錫、LiCoO2、LiMn2O4或是LiFePO4這樣的活性鋰存儲材料以及碳黑或碳納米纖維這樣的導(dǎo)電添加劑混合，然后將該漿料澆注在金屬集電器并蒸發(fā)掉NMP即可形成復(fù)合電極或糊電極。PVDF之所以可以用于這個場合是因?yàn)槠湓陔姵爻浞烹姷碾妱莘秶鷥?nèi)具有化學(xué)惰性并且不會與電解質(zhì)或鋰反應(yīng)。

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，PVDF薄膜常用于免疫印跡，蛋白質(zhì)會在上面電泳。由于PVDF耐溶劑腐蝕，因此檢測中使用的薄膜可以輕易剝離并重復(fù)使用，以檢測其他蛋白質(zhì)。PVDF薄膜還可以用于制作注射器式或輪式的膜過濾裝置。這種材料所具有的耐熱、耐化學(xué)腐蝕以及低蛋白質(zhì)結(jié)合等特性令其可以在制備藥物過程中用作消毒過濾器，并且在HPLC等分析的樣品制備過程中還可作為過濾器，防止昂貴的設(shè)備因這些樣品中少量的顆粒物質(zhì)而損壞。

PVDF還可用于制作專業(yè)單絲釣魚線，以替代傳統(tǒng)的尼龍單絲。其表面堅(jiān)硬，更耐鋒利的魚齒磨損，并且其光密度比尼龍低，令魚線更不易被敏銳的魚眼發(fā)現(xiàn)。同時(shí)其密度比尼龍大，使魚線可以更快地向著魚下沉。

PVDF傳感器相比于半導(dǎo)體壓阻傳感器更能適應(yīng)于動態(tài)模態(tài)測試，并且在結(jié)構(gòu)整合方面相比于壓電陶瓷換能器而言具有一定優(yōu)勢。由于成本較低且兼容性更強(qiáng)，采用PVDF的有源傳感器對于未來的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的發(fā)展非常重要。