压电薄膜材料的性能与性能特点
PVDF压电膜简介
(8) 容易加工和安装:可以根据 实际需要来制 定形状,用502 胶来粘贴固定。
工作机理
压电效应 • 压电效应，是某些特殊的材料中机械能与电能相互转化的
现象。根据转化方向的不同，压电效应可以分为正压电效 应和逆压电效应两种。 • 某内些部电会介产质生1在极88沿化0年一现，居定象里方，兄向同弟首上时先受在发到它现电外的气力两石的个的压作相电用对效而表应变面形上时出，现其正 负相反的电荷，当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状 态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时， 电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上 施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介 质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电 致伸缩现象。
PVDF压电膜简介
性能及特点
• 聚偏氟乙烯简称F-2。英文名 称PolyVinylideneFluoride， 简称PVDF，分子式∈CF2CH2 n，分子量为40~60万。 PVDF是60年代发展的含氟塑 料之一，它是用三氟乙烯、 氢氟酸与锌粉等作用生成单 体，再经聚合生成白色结晶 固体，属均聚物。
(1) 压电常数d 比石英高十多倍,虽然比 PZT低,但作为传感材料更重要的一个特征参 数g 值比PZT 高20 倍左右。
(2) 柔性和加工性能好,可制成5μm 到1 mm厚度不等、形状不同的大面积的薄膜,因 此适于做大面积的传感阵列器件。
(3) 声阻抗低:为3. 5 ×10 - 6 Pa. s/ m ,仅 为PZT压电陶瓷的1/ 10 ,它的声阻抗与水、 人体肌肉的声阻抗很接近,并且柔顺性好,便 于贴近人体,人体接触安全舒适,因此用作水 听器和医用仪器的传感元件时,可不用阻抗 变换器。
PVDF压电薄膜的力学性能和压电效应实验研究
华中科技大学硕士学位论文摘要PVDF（Polyvinylidene fluoride，聚偏氟乙烯）压电薄膜作为一种新型高分子压电材料，由其制成的传感器具有灵敏度高、频带宽、声阻抗低、电压输出高和可加工成特定形状等优点，被广泛用于各个领域。
本文对镀银PVDF压电薄膜的基本力学性能，不同温度场下的振动特性和不同厚度薄膜的压电效应进行了实验研究与分析，具体研究内容及结论如下：首先，选用了厚度分别为40μm、64μm和122μm（上下表面镀银层均为6μm）的PVDF压电薄膜，利用纤维拉伸试验机对其平行分子链方向（1方向）和垂直分子链方向（2方向）分别进行拉伸力学性能测试，获得了相应的应力-应变曲线。
试验结果表明：在弹性阶段，两个方向的力学性能较为接近，但进入塑性阶段，两个方向的力学性能差异明显，表现出强烈的各向异性。
其次，制作了厚度分别为40μm、64μm和122μm的PVDF悬臂梁试样，利用非接触式振动测试系统，测试了其在不同温度场下的振动特性，并获得了其一阶固有频率。
实验结果表明：PVDF悬臂梁的一阶固有频率随着温度增加而减小，在初始升温阶段，频率值下降较为缓慢，而当温度升高到一定值时，频率值下降较快，同时，PVDF压电薄膜厚度越小，其固有频率受温度影响越大。
最后，基于非接触式振动测试系统，对PVDF压电薄膜的压电效应进行了实验研究。
三种不同厚度PVDF悬臂板压电效应实验结果表明：电压-频率曲线与幅频响应曲线具有很好的一致性，且输出电压峰值对应的激励频率与PVDF悬臂板共振频率一致，表明PVDF压电传感器输出电压与输入应变具有很好的线性关系，适宜于应变测量，且厚度较小的PVDF压电薄膜灵敏度较高。
本文对PVDF压电薄膜的基本性能进行了实验研究与分析，为PVDF压电传感器的设计与优化提供基础数据支撑，具有重要的工程应用价值。
关键词：PVDF压电薄膜；拉伸力学性能；振动特性；压电效应华中科技大学硕士学位论文AbstractAs a novel piezoelectric polymer material, the sensors made of PVDF(polyvinylidene fluoride) piezoelectric film have the advantages of high sensitivity, wide frequency band, low acoustic impedance, high voltage output, and can be processed into specific shapes,which are widely applied in various fields. In this paper, the basic mechanical properties, the vibration characteristics under different temperature fields, and the piezoelectric effect of silver-coated PVDF piezoelectric films were studied experimentally and analyzed. The specific research contents and conclusions are as follows: First, the PVDF piezoelectric films with different thickness of 40 μm, 64 μm, and 122 μm (the thickness of coated silver on the upper and lower surfaces is 6μm) were prepared. The tensile samples of PVDF piezoelectric film were tested in two directions using a fiber tensile tester,i.e.,parallel (1 direction) and perpendicular (2 direction) to the molecular chains, and the corresponding stress-strain curves were obtained. The experimental results show that: in the elastic stage, the mechanical properties of the two directions are practically identical,however ,in the plastic stage, the mechanical properties of the two directions are significantly different, showing a strong anisotropy.Next, PVDF cantilever specimens with thicknesses of 40μm, 64μm and 122μm were prepared respectively. The non-contact vibration test system was used to test the vibration characteristics of the PVDF cantilever beam under different temperature fields, and its first-order natural frequency was obtained. The experimental results show that the first-order natural frequency of the PVDF cantilever beam decreases with increasing temperature. In the initial heating stage, the frequency decreases more slowly, and when the temperature rises to a certain degree, it declines rapidly.Besides ,the smaller the PVDF film thickness is, the greater its natural frequency is affected by the temperature.Finally, based on the non-contact vibration test system, the piezoelectric effect of PVDF was investigated experimentally. The experimental results of three different thickness PVDF cantilever plates show that the voltage-frequency curve is in good agreement with the amplitude-frequency response curve, and the excitation frequency corresponding to the peak output voltage is consistent with the resonance frequency of the华中科技大学硕士学位论文PVDF cantilever plate, indicating the sensor’s output voltage has a good linear relationship with the input strain and is suitable for strain measurement. In the same time ,the sensor made of smaller thickness has higher sensitivity.In this paper, the basic properties of PVDF piezoelectric films were experimentally researched and analyzed,which provides the basic data reference for the design and optimization of PVDF piezoelectric sensors and has much significance in engineering application.Keywords: PVDF piezoelectric films; Tensile mechanical properties; Vibration characteristics; Piezoelectric effect.华中科技大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (IV)1绪论 (1)1.1研究背景和意义 (1)1.2PVDF压电薄膜基本特性 (2)1.3PVDF传感器在不同应用领域国内外研究现状 (5)1.4本文主要研究内容及安排 (13)2PVDF压电薄膜力学性能实验研究 (15)2.1PVDF压电薄膜表面形貌表征 (15)2.2PVDF压电薄膜拉伸力学性能 (16)2.3实验结果及分析 (18)2.4本章小结 (22)3不同温度场下PVDF悬臂梁振动特性实验研究 (23)3.1悬臂梁固有频率 (23)3.2PVDF悬臂梁振动测试实验 (24)3.3实验结果与讨论 (27)3.4本章小结 (33)4PVDF悬臂板压电效应实验研究 (34)4.1PVDF压电传感器信号调理电路 (34)4.2PVDF悬臂板压电效应实验 (37)华中科技大学硕士学位论文4.3实验结果与分析 (40)4.4本章小结 (46)5总结与展望 (47)5.1总结 (47)5.2展望 (48)致谢 (49)参考文献 (51)华中科技大学硕士学位论文1 绪论1.1 研究背景和意义在日常生产活动中，结构的振动是一个很普遍的问题。
压电薄膜材料与器件制备技术
压电薄膜材料与器件制备技术一、压电薄膜材料的概述压电薄膜材料是指具有压电效应的薄膜材料，其特点是在外加电场或机械应力下产生形变或反之，即使在微小应变下也能产生大的电荷或电场。
常见的压电薄膜材料有PZT、AlN、ZnO等。
二、压电薄膜器件制备技术1. 压电薄膜制备技术(1) 溅射法：将靶材置于真空室中，通过氩气等惰性气体离子轰击靶材表面，使得靶材表面原子被剥离并沉积在基片上形成压电薄膜。
(2) 溶胶-凝胶法：将金属离子与有机物形成络合物后，在加热过程中逐渐失去溶剂和有机物，形成纳米级粒子，并在基片上形成压电薄膜。
(3) 化学气相沉积法：通过化学反应沉积出具有良好结晶性的压电陶瓷晶体，并在基片上形成良好的压电薄膜。
2. 压电薄膜器件制备技术(1) 压电传感器：将压电薄膜固定在弹性体上，当受到外力作用时，弹性体会发生形变，从而使得压电薄膜产生电荷或电场变化，实现对外力的检测。
(2) 压电陶瓷换能器：将压电陶瓷片固定在机械结构上，当施加外力时，陶瓷片会发生形变，从而产生振动或声波。
(3) 压电马达：将压电陶瓷片与机械结构相连，在施加交流电场的情况下，使得陶瓷片产生振动，并通过机械结构转换为旋转运动。
三、压电薄膜材料与器件应用领域1. 传感领域：利用压电传感器检测温度、气体、液体等物理量。
2. 能量转换领域：利用压电陶瓷换能器将机械能转化为声波或振动能。
3. 运动控制领域：利用压电马达实现精密定位和微型运动控制。
4. 生物医疗领域：利用压电薄膜制备超声探头、人工耳蜗等医疗器械。
四、压电薄膜材料与器件的未来发展趋势1. 高性能化：发展高性能压电材料，提高其压电效应、稳定性和可靠性。
2. 微型化：将压电薄膜材料与微纳加工技术相结合，实现微型化器件的制备。
3. 多功能化：将多种功能集成在一起，实现多功能化的压电器件。
4. 智能化：利用新型材料、新型结构和智能控制技术，实现智能化的压电器件。
五、总结随着科技的不断进步，压电薄膜材料与器件在各个领域得到了广泛应用。
PVDF压电薄膜测量脉动压力可行性研究
PVDF压电薄膜测量脉动压力可行性研究PVDF（聚偏氟乙烯）压电薄膜是一种优良的材料，具有良好的压电效应和机械性能，逐渐在生物医学、能源转换等领域得到广泛应用。
本文旨在探讨PVDF压电薄膜用于测量脉动压力的可行性，并对相关研究进行综述。
首先，PVDF压电薄膜具有优异的压电效应。
PVDF具有非中心对称结构，应力应变曲线剪切发生，从而产生极化电荷。
通过施加机械压力或应变，可以引发PVDF薄膜产生电位差，该压电效应可用于测量脉动压力。
其次，PVDF薄膜具有良好的机械性能。
PVDF具有优异的拉伸、抗撕裂和耐磨损性能，使之能够适应任何形状的曲面，使得薄膜可以被应用于各种复杂场景下的压力测量中。
在PVDF薄膜用于脉动压力测量的研究中，通常需要将薄膜放置在测量区域，并将薄膜的一端固定，另一端与被测压力接触。
当脉动压力作用于薄膜时，薄膜会产生相应的电荷变化。
通过测量电荷信号的变化，可以反推出压力的变化状况。
为了提高测量精度，研究者们提出了一些改进方法。
例如，可以在薄膜表面铺设导电层，以增加电荷传导效果。
同时，一些研究还尝试使用多层叠加的PVDF薄膜结构，以增加压电效应的敏感度和稳定性。
脉动压力测量是一项涉及到生物医学、化工、流体力学等多个领域的重要任务。
在这些领域中，准确测量脉动压力对于病理诊断、流体控制以及能源系统的优化都起到重要作用。
而PVDF压电薄膜因其良好的压电效应和机械性能，被认为是一种可行且有潜力的测量脉动压力的技术手段。
综上所述，PVDF压电薄膜在测量脉动压力方面具有可行性。
随着技术的发展和研究的深入，PVDF压电薄膜的应用前景将更加广阔。
然而，仍需要进一步的实验研究和工程化应用来验证其在具体领域的可行性和实用性。
PVDF压电薄膜
PVDF压电薄膜pvdf压电薄膜即聚偏氟乙烯压电薄膜是本世纪70年代在日本问世的一种新型高分子压电材料。
到目前为止，世界上只有少数先进国家生产。
pvdf压电薄膜是一种柔软、质轻、高韧度塑料薄膜，可以根据需要制成各种形状，厚度的元件。
与微电子技术结合，能制成多功能传感元件。
PVDF压电薄膜的应用opvdf压电薄膜具有独特的介电效应、压电效应、热电效应。
与传与传统压电材料相比，它具有频率响应宽、动态范围大、机电转换灵敏度高、机械强度高、声阻抗匹配容易等特点。
还具有重量轻、柔软不脆、抗冲击、不易被水和化学品污染、易于制成任意形状和不同面积的碎片或管子等优点。
广泛应用于机械、声学、光学、电子、测量、红外、安全报警、医疗、军事、交通、信息工程、办公自动化、海洋开发、地质勘探等技术领域。
产品以金、银、铝为主，膜厚30-500μm，产品形状和面积可根据用户需求确定。
它是一种新型能量交换材料，用于制造和改进压力动态传感器、超声波和智能检测。
?pvdf压电薄膜的优点Opvdf压电薄膜具有高化学稳定性、低吸湿性、高热稳定性和高稳定性抗紫外线辐射能力、高耐冲击、耐疲劳能力，其化学稳定性比陶瓷高10倍，在80℃以下可长期使用。
pvdf压电膜质地柔软、重量轻，与水的声阻抗相近，匹配状态好，应用灵敏度高；pvdf压电膜在厚度方向的伸缩振动的谐频率很高，可以得到较宽的平坦响应，频响宽度远优于普通压电陶瓷换能器；pvdf压电膜优点如下：?(1)良好的工艺性。
可用现有设备进行加工；(2)能制作大面积的敏感元件；(3)频带响应宽(0～500mhz)；（4）声阻抗接近人体组织和水，可用于医学诊断的敏感器件结构；(5)具有高冲击强度(可使用于冲击波的传感器中)；(6)耐腐蚀性(在活性介质中使用时这种性能是必需的)；（7）相对介电常数低；相应较高的压电常数d33（比其他压电材料高约一个数量级）和热信号灵敏度（P/ε）值；(8)与压电陶瓷相比有更低的导热性；并能制得更薄的薄膜；(9)柔软坚韧(pvdf的柔顺系数约为pzt的30倍,并且轻(比重只有pzt的1/4左右)；能制成所需的各种较复杂的形状(锥形、穹顶形等)，可使用在需要具有特殊定向的元件中。
pvdf压电薄膜 传感带
pvdf压电薄膜传感带
PVDF压电薄膜传感带是一种利用聚偏氟乙烯（PVDF）材料制成的压电传感器。
PVDF是一种具有压电效应的聚合物材料，它可以将机械压力转换为电信号。
PVDF压电薄膜传感带通常用于测量和检测应变、压力、力和触摸等物理量，广泛应用于医疗设备、工业自动化、电子设备和触摸屏等领域。
从材料角度来看，PVDF压电薄膜传感带具有良好的压电性能，具有高灵敏度、快速响应和稳定的特点。
它的柔韧性和薄膜结构使其适合于嵌入式传感应用，能够适应复杂的曲面和结构。
从应用角度来看，PVDF压电薄膜传感带可以用于制作触摸传感器、压力传感器、力传感器等各种类型的传感器。
在医疗设备中，它可以用于制作生理信号采集传感器，如心电图贴片、血压测量仪等。
在工业领域，它可以应用于机械手臂的力控制、触摸屏的触摸控制等方面。
在电子产品中，它可以用于制作触摸开关、触摸笔等电子产品。
总的来说，PVDF压电薄膜传感带具有广泛的应用前景，其高灵敏度、快速响应和良好的适应性使其成为各种传感器领域的重要材
料之一。
随着科学技术的不断发展，PVDF压电薄膜传感带在传感技术领域的应用将会更加广泛，为人们的生活和工作带来更多便利和可能性。
PVDF压电薄膜
PVDF压电薄膜PVDF压电薄膜即聚偏氟乙烯压电薄膜是本世纪70年代在日本问世的一种新型高分子压电材料。
到目前为止，世界上只有少数先进国家生产。
PVDF压电薄膜是一种柔软、质轻、高韧度塑料薄膜，可以根据需要制成各种形状，厚度的元件。
与微电子技术结合，能制成多功能传感元件。
•PVDF压电薄膜的应用o PVDF压电薄膜具有独特的介电效应、压电效应、热电效应。
与传统的压电材料相比具有频响宽、动态范围大、力电转换灵敏度高、机械性能强度高、声阻抗易匹配等特点，并具有重量轻、柔软不脆、耐冲击、不易受水和化学药品的污染、易制成任意形状及面积不等的片或管等优势。
在力学、声学、光学、电子、测量、红外、安全报警、医疗保健、军事、交通、信息工程、办公自动化、海洋开发、地质勘探等技术领域应用十分广泛。
产品主要有金、银、铝三个品种，膜厚30—500μm，产品形状、面积大小，可根据用户需要确定，是制作改进压力动态传感器和超声、智能探测的新型换能材料。
</F ON T>•PVDF压电薄膜的优点o PVDF压电膜具有较高的化学稳定性、低吸湿性、高热稳定性、高抗紫外线辐射能力、高耐冲击、耐疲劳能力，其化学稳定性比陶瓷高10倍，在80℃以下可长期使用。
PVDF压电膜质地柔软、重量轻，与水的声阻抗相近，匹配状态好，应用灵敏度高；PVDF压电膜在厚度方向的伸缩振动的谐频率很高，可以得到较宽的平坦响应，频响宽度远优于普通压电陶瓷换能器；PVDF压电膜优点如下：(1) 良好的工艺性。
可用现有设备进行加工；(2) 能制作大面积的敏感元件；(3) 频带响应宽(0～500MHz)；(4) 声阻抗接近于人体组织和水，所以可用于医疗诊断的敏感装置结构中；(5) 具有高冲击强度(可使用于冲击波的传感器中)；(6) 耐腐蚀性(在活性介质中使用时这种性能是必需的)；(7) 相对介电常数较低；相应较高的压电常数值d33(约比其它压电材料高一个数量级以上)和热信号灵敏度(p/ε)值；(8) 与压电陶瓷相比有更低的导热性；并能制得更薄的薄膜；(9) 柔软坚韧(PVDF的柔顺系数约为PzT的30倍,并且轻(比重只有PzT的1/4左右)；能制成所需的各种较复杂的形状(锥形、穹顶形等)，可使用在需要具有特殊定向的元件中。
pzt压电薄膜 原理
pzt压电薄膜原理PZT压电薄膜原理概述•PZT压电薄膜是一种特殊的材料，在应用中具有重要的地位。
•它通过压电效应将电能转化为机械能，或将机械能转化为电能。
原理简介1.压电效应–压电效应是指某些材料在受到力或压力之后能够在其内部产生电荷分离。
–这种电荷分离是由于材料中的离子在力或压力的作用下发生位移，从而引起正负电荷的分离现象。
2.压电材料–PZT压电薄膜是一种常用的压电材料，由铅酸钛（PbTiO3）和锆酸钛（ZrTiO3）的混合物组成。
–这种材料由于具有良好的压电性能，广泛用于压电传感器、压电陶瓷、声波器件等领域。
3.压电薄膜的特点–薄膜结构：PZT压电薄膜通常采用薄膜结构，可以实现微型化和集成化的应用。
–高压电性能：PZT压电薄膜具有较高的压电系数和压电常数，使其在电能转换中表现出良好的性能。
压电效应在PZT压电薄膜中的应用•压电传感器：PZT压电薄膜作为传感器，可以将机械振动、压力等物理信号转化为电信号，实现信号的检测和测量。
•声波器件：PZT压电薄膜可以将电信号转化为声波信号，广泛应用于扬声器、声音发生器等声波设备中。
•压电驱动器：PZT压电薄膜可以通过施加电场实现结构的微小位移，从而形成微小的机械运动。
这种特性使其在精密定位、震动控制等领域有广泛应用。
总结•PZT压电薄膜通过压电效应实现电能和机械能之间的转换。
•它具有良好的压电性能和微型化的特点，在传感器、声波器件和驱动器等领域得到广泛应用。
•进一步的研究和应用可以使PZT压电薄膜在更多领域发挥其优秀的性能。
PZT压电薄膜的工作原理及应用技术压电效应的工作原理•压电薄膜的工作原理基于压电效应，即在外加电场或应力的作用下，材料内部的正负电荷分离。
这种分离是由于材料中的离子发生位移和重新分布，使得正负电荷形成电偶极矩。
•PZT压电薄膜中的铅离子（Pb2+）和锆钡离子（ZrBa2+）在受到压力或电场刺激时，会发生位移和重新排列，导致材料本身产生电荷分离的现象。
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压电薄膜材料的性能与性能特点
压电材料是实现机械能与电能相互转换的功能材料，它的发展有着十分悠久的历史。
自19世纪80年代从CURIE 兄弟在石英晶体上发现了压电效应后，压电材料开始引起人们的广泛注意，随着研究深入，不断涌现出大量的压电材料，如压电功能陶瓷材料、压电薄膜、压电复合材料等。
这些材料有着十分广泛的用途，在电、磁、声、光、热、湿、气、力等功能转换器件中发挥着重要的作用。
PVDF压电薄膜
PVDF压电薄膜即聚偏氟乙烯压电薄膜，在1969年，日本人发现了高分子材料聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride polymer) 简称PVDF，具有极强的压电效应。
PVDF薄膜主要有二种晶型即α型和β型，α型晶体不具有压电性，但PVDF膜经滚延拉伸后，原来薄膜中的α型晶体变成β型晶体结构。
拉伸极化后的PVDF 薄膜在承受一定方向的外力或变形时，材料的极化面就会产生一定的电荷，即压电效应。
与压电陶瓷和压电晶体相比，压电薄膜主要有以下优点：
（1）质量轻，它的密度只有常用的压电陶瓷PZT的四分之一，粘贴在被测物体上对原结构几乎不产生影响，高弹性柔顺性，可以加工成特定形状可以与任意被测表面完全贴合，机械强度高，抗冲击；
（2）高电压输出，在同样受力条件下，输出电压比压电陶瓷高10倍；
（3）高介电强度，可以耐受强电场的作用（75V/um），此时大部分压电陶瓷已经退极化了；
（4）声阻抗低，仅为压电陶瓷PZT的十分之一，与水、人体组织以及粘胶体相接近；（5）频响宽，从10-3Hz到109均能转换机电效应，而且振动模式单纯。
因此在力学中可以测量应力和应变，在振动中可以制作加速度计和振动模态传感器，在声学上可以制作声辐射模态传感器和超声换能器以及用在主动控制中，在机器人研究中可以。