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介绍
PVDF-TrFE是一种多功能压电聚合物，因其铁电和热电性能而受到广泛研究和关注。它在能量收集、传感器和电池技术、非挥发性存储器和组织工程等各个领域都有应用。PVDF-TrFE的电性能受其结构影响，因此可以通过改变形态、结晶度、结晶相比例或晶粒尺寸来调整。小角和广角X射线散射（SAXS和WAXS）是优秀的分析技术，可监测结晶度、纳米结构和层状尺寸的变化，然后将其与电性能的变化进行相关性分析。
图1 聚合物层状相的示意图。
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测试和结果
本研究比较了两个样品，一个是原始的PVDF-TrFE聚合物，另一个是通过界面工程加入0.1 wt. %氨基功能化氧化石墨烯（AGO）的PVDF-TrFE[1]。2D SAXS图案是使用Nano-inXider记录的，并通过Xenocs XSACT软件对数据进行分析。如图2（A）所示，添加AGO导致峰值向较低的q值偏移，表明层状间距增加。
图2 A) 原始PVDF-TrFE聚合物（灰色）和含0.1% AGO的复合材料（红色）的SAXS图谱，显示层状相峰向较低的q值偏移。B) 使用Strobl模型[2]对（A）中显示的数据进行相关函数分析，从中提取长周期和短周期的尺寸。
为了进一步研究纳米形态，可以通过提取长周期和短周期（Lp和Sp）的值来进行分析。通过使用Strobl模型[2]从SAXS数据中获得的密度波动的电子密度自相关函数（K(z)），可以提取结构参数（如图2（B）所示）。长周期Lp与电子密度自相关函数中第一个峰的位置相关，反映了连续结晶层之间的平均间距。短周期Sp与层状的平均厚度有关，可通过线性区域与基线（与第一个最小值相切的水平线）的横坐标的截距来确定。此外，结晶度也可以通过Strobl模型，利用与z=0轴的线性回归截距来评估。
| 样品 | 长周期[nm] | 短周期[nm] | 结晶度 |
| PVDF-TrFE原始状态 | 25.3 | 4.77 | 0.23 |
| PVDF-TrFE – 0.1 wt % AGO | 31.7 | 4.96 | 0.21 |
从表1中呈现的结果可以推断，添加AGO会导致长周期和短周期的增加。这表明 AGO 的存在会诱导层状相显著增大，而结晶度不会明显增加。另一方面，总体结晶度略有下降，这意味着 AGO 的加入会导致成核过程减慢，同时促进晶体生长。因此，形成的晶体数量较少，但尺寸较大。晶粒尺寸的增加进一步证明了对铁电性能的影响，0.1 wt % AGO纳米复合样品表现出更优越的性能（剩余极化增加，矫顽场强减小）。
WAXS分析还可以用于评估AGO添加对非中心对称β晶相形成的影响，该晶相是PVDF-TrFE的压电和铁电性能的基础[1]。如图3所示，与原始聚合物相比，纳米复合薄膜中的β相更为显著。
图3 PVDF-TrFE原始样品和0.1 wt. % AGO PVDF-TrFE样品的WAXS图谱，以及对（001）β和（111）.(201) β反射的放大图。峰值使用Xenocs XSACT软件（峰拟合模块）进行拟合。峰值标示来自参考文献[3,4]。
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结论
本应用手册证明了SAXS能准确识别层状结构的长周期和短周期以微小变化的结晶度，从而阐明了观察到的铁电性能变化的内在机制。
参考文献：
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