Preparation and characterization of P(VDF-TrFE) copolymers

Esta dissertação descreve os métodos empregados na preparação por solução de filmes de copolímeros P(VDF-TrFE) nas composições molares 60/40, 70/30 e 80/20. Foram utilizadas as técnicas de deposição por centrifugação (spin coating deposition) e de espalhamento por extensor, usando acetona e metil-etil-cetona (MEK) como solventes. Filmes de boa qualidade só foram obtidos quando se acelerou o processo de evaporação do solvente, através da passagem de um fluxo de ar seco na câmara onde os filmes eram produzidos. Medidas de espectroscopia de infra-vermelho confirmaram a ausência de solvente nos filmes, já que observou-se que o pico 1715 cm-1 (carbonilha) característico do MEK não aparece nos resultados com filmes. A caracterização dos filmes fabricados foi feita através de medidas de calorimetria diferencial exploratória de varredura (DSC), difração de raios-X, espectroscopia de infra-vermelho e cromatografia líquida por exclusão de tamanho (GPC). Nos termogramas de DSC puderam ser identificadas as transições de fase ferro-paraelétrica (na temperatura de Curie, Tc) e de fusão. Os valores de Tc e da temperatura de fusão, Tf, encontrados são consistentes com os valores da literatura, com Tc aumentando com o conteúdo de VDF, ao passo que o oposto ocorre com Tf, devido ao fato que o aumento do percentual de TrFE na região cristalina aumenta a estabilidade da fase paraelétrica. Os difratogramas de Raios-X apresentaram, basicamente, um ombro largo correspondente à porção amorfa do filme, e um pico alto e estreito devido a parte cristalina do filme. No ajuste dos difratogramas através de uma função de Lorentz modificada, os resultados para as amostras de 60/40 e 70/30 foram ajustadas com três picos, o que parece indicar que pode haver duas fases cristalinas para estas amostras. Já os resultados para a amostra de 80/20 foram ajustados com apenas dois picos. O tratamento térmico das amostras, a diversas temperaturas, mostrou influenciar fortemente as propriedades dos filmes. Os seus efeitos mais importantes são o aumento da temperatura de Curie e da percentagem de cristalinidade do filme com a temperatura de tratamentoThis dissertation describes the experimental methods employed in the fabrication of thin films (up to 40 micra) of the copolymer P(VDF-TrFE) for three different VDF contents, Viz. 60/40, 70/30 and 80/20. The copolymers were dissolved in either acetone or methyl-ethyl-ketone(MEK) and deposited on a solid substrate using spin coating or a sliding-knife. Good quality films could only BR obtained after dry air was flushed into the chamber where the films were fabricated. Infra-red spectrocopy measurements confirmed the abscene of solvent in the samples, as the 1715 cm-1 peak from MEK is not present in the results for the films. The film characterization was carried out using differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction, infra-red spectrocopy and gel permeation chromatography (GPC). Phase transitions could be identified in the DSC thermography which can be related to the ferro-paraelectric transition (at the Curie temperature, Tc) and to the melting of the sample. The values for Tc and the melting temperature, Tf), were consistent with those published in the literature, with Tc increasing with the contents of VDF, while the opposite is true for Tf because the increase in the TrFE contents causes the stability of the paraelectric phase to increase. The X-ray diffractograms displayed, basically, one broad halo due to the amorphous part of the film, and a eak due to its crystalline region. The diffractograms were fitted using a modified Lorentz function, where three peaks had to be assumed for the 60/40 and 70/30 samples. This appears to indicate that there may exist two crystalline phases in these samples. The results for 80/20 samples, on the other hand, were fitted with two peaks. The thermal treatment of the samples, under various temperatures, proved to influence strongly the properties of the films. Its main effects are the increase in the Curie temperature and the increase in the degree of crystallinity of the films with increasing temperature of thermal treatmen