PVDF压电薄膜
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。
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压电薄膜生产工艺流程
pvdf压电薄膜生产工艺流程下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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pvdf压电薄膜静态法压电常数d31的测量装置及其测量方法
PVDF压电薄膜静态法压电常数d31的测量装置及其测量方法一、引言PVDF（聚偏氟乙烯）是一种重要的压电材料，具有优良的压电性能。
其中，压电常数d31是描述PVDF材料在电场作用下沿特定方向产生的应变的物理参数，对于材料的应用和性能研究具有重要意义。
因此，建立准确可靠的PVDF压电薄膜静态法压电常数d31的测量装置及其测量方法对于深入了解PVDF压电性能具有重要意义。
二、PVDF压电薄膜静态法压电常数d31的测量装置PVDF压电薄膜静态法压电常数d31的测量装置主要包括实验仪器、测量电极以及电流和电压源三个部分。
2.1 实验仪器实验通常需要使用的仪器包括示波器、信号发生器和多用表等。
其中，示波器用于显示测试信号和输出结果，信号发生器用于产生测试信号，多用表用于测量电流和电压。
2.2 测量电极测量电极是将测试信号引入到PVDF薄膜中的关键部件。
通常使用的测量电极包括平行板电极和环形电极等。
平行板电极适用于测量薄膜的平面应变，而环形电极适用于测量薄膜的厚度应变。
2.3 电流和电压源电流和电压源是提供给测量电极的电信号的设备。
通常使用的电流和电压源包括函数发生器和电源等。
三、PVDF压电薄膜静态法压电常数d31的测量方法PVDF压电薄膜静态法压电常数d31的测量方法主要包括材料制备、测量装置组装、应力加载和电场加载等步骤。
3.1 材料制备首先，需要准备具有一定尺寸和厚度的PVDF压电薄膜样品。
可以使用热压法将粉末状的PVDF材料加热并压制成薄膜形状。
制备过程中需要注意控制温度、压力和时间等参数，以确保薄膜的质量和性能。
3.2 测量装置组装将测量电极正确安装到PVDF薄膜样品上。
对于平行板电极，将两个金属板分别固定在PVDF薄膜的两侧；对于环形电极，将金属环固定在PVDF薄膜的边缘。
确保测量电极与PVDF薄膜之间有良好的接触。
3.3 应力加载在装置组装完毕后，向PVDF薄膜施加应力。
可以通过将PVDF薄膜固定在夹具中，并使用螺旋装置逐渐施加压力。
压电薄膜(PVDF)超声波接收器
特性
宽水平波束指向性 宽带 低谐振 Q 值 耐冲击 低成本 重量轻
应用
平面位置检测、数字转换器、距离测量、物体检测和一般的空气中测距应用。
技术指标
PVDF 厚度：
30µm
谐振频率：40kHz带宽:10kHz谐振 Q 值:
4
灵敏度输出: 1.5mVPa，-76dB
水平波束指向性:
+/-150°
垂直波束指向性:
+/-40°
电容:
140pF
环境特性
存储温度： 工作温度： 外形尺寸：
-20°~+85° +5°~+60°
1
2
应用要点： 谐振频率: 对于不同的应用，谐振频率是可调的。谐振频率同 PVDF 圆 柱直径成反比。在空气中测距应用，建议的谐振频率范围是 40kHz~80kHz。通常，较高频率适用于高分辨率应用，较低频率适用于 较大距离的应用。下面是设计举例。
前言
压电薄膜(PVDF)超声波接收器为在空气中 测距的应用提供了独特的优势。圆柱形的 40KHz PVDF 接收器有很宽的水平波束指向性和宽带特 性。这些特性在很多领域提供独特的解决方案, 例如：平面内位置、数字转换器、物体探测、测 距。对于不同的应用，可通过改变 PVDF 圆柱的 长度和直径来改变接收器的谐振频率和垂直方 向接收角。接收器的水平波束指向性很宽，根据 需要可通过改变外壳的设计来减小水平波的角 度。PVDF 接收器有很低的 Q 值，PVDF 接收器 的典型 Q 值为 4。这意味着信号的上升时间和下 降时间比传统的压电陶瓷快。这一特性适用于高 速数据获取和高速数字转换方面的应用。另外， 前置放大器可便于对 40KHZ 接收器评估。
PVDF 引脚：PVDF 引脚设计可根据接收器外壳和电路板设计订制。引脚 可以是焊接端子或铆钉。 水平波束指向性控制：US40KR-01 有很宽的水平波束角特性，可根据应
PVDF压电薄膜及其传感器的制备与性能研究共3篇
PVDF压电薄膜及其传感器的制备与性能研究共3篇PVDF压电薄膜及其传感器的制备与性能研究1PVDF压电薄膜及其传感器的制备与性能研究随着现代科技的不断进步，传感器已经广泛应用于各种电子设备和计量仪表中，传感器作为连接物理世界与数字世界的纽带，其性能不仅关系到设备的稳定性和性能，还关系到生活和工业领域的实际应用。
近年来，PVDF压电薄膜作为一种新型的传感器材料，受到了人们的广泛关注。
本论文从制备PVDF压电薄膜入手，探讨了PVDF压电薄膜的性能，并研究了其在压力传感器中的应用。
1. PVDF压电薄膜制备PVDF压电薄膜的制备过程主要分为以下两步，分别为拉伸和极化。
1.1 拉伸首先，需要将PVDF粉末通过非溶剂法制造成PVDF膜，然后将PVDF薄膜导入拉伸机中，利用一定的拉伸速度和力度拉伸成一定厚度的PVDF薄膜。
1.2 极化拉伸后的PVDF薄膜需要进行极化，将其放置在特殊的高温和高压环境中，使PVDF薄膜内部产生电极化作用，形成一定的电极化强度和方向，从而使PVDF薄膜产生压电效应。
2. PVDF压电薄膜性能PVDF压电薄膜的优点在于其具有极好的压电性能，也就是说，当其受到压力时，会产生一定的电荷输出。
此外，PVDF压电薄膜还具有极高的机械强度和稳定性，能够抵御一定的气氛和温度变化，并适用于多种环境条件。
此外，当PVDF压电薄膜与电荷放电器和电流放大器相连接时，可以将PVDF的输出信号放大和处理，以输出更具意义的信息。
3. PVDF压力传感器应用PVDF压电薄膜在压力传感器中的应用越来越广泛。
利用PVDF压电薄膜的压电效应，可以制作出一款高精度的压力传感器，可以独立地感知机械压力、机械挤压等多种变化。
此外，PVDF 压电薄膜在测量生物信号、声音、震动等方面也有广泛的应用，是一种具有广泛应用前景的新型传感器材料。
总之，PVDF压电薄膜是一种非常重要的材料，有着极佳的压电性能和稳定性能，能够被广泛应用于传感器和其他电子元器件中。
PVDF+压电薄膜及其传感器的制备与性能研究
PVDF 压电薄膜及其传感器的制备 与性能研究
PREPARATION AND PERFORMANCE STUDY OF PVDF PIEZOELECTRIC FILM AND SENSOR
朱金海
哈尔滨工业大学 2011 年 6 月
国内图书分类号： TB381 国际图书分类号：
学校代码： 10213 密级：公开
工学硕士学位论文
PVDF 压电薄膜及其传感器的制备 与性能研究
硕 士 研 究 生： 朱金海 导 申 请 学 师： 关新春 教授 位： 工学硕士
学 科 、 专 业： 防灾减灾及防护工程 所 答 在 辩 单 日 位： 土木工程学院 期： 2011 年 6 月 30 日
授 予 学 位 单 位： 哈尔滨工业大学
Keywords: Polyvinylidene Fluoride (PVDF) , pizeo-film, sensor, solution cast method.
- II -
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
目
录
摘 要 ......................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................... II 第 1 章 绪 论 ........................................................................................................ 1 1.1 课题背景 ........................................................................................................ 1 1.2 PVDF压电薄膜概述 ....................................................................................... 1 1.2.1 压电材料和压电效应 .............................................................................. 2 1.2.2 PVDF的晶体结构 .................................................................................... 3 1.3 PVDF压电薄膜的研究现状 ............................................................................ 5 1.3.1 PVDF薄膜的制备及性能研究 ................................................................. 5 1.3.2 PVDF压电薄膜的应用 ............................................................................. 6 1.4 已有的研究中存在的问题 ............................................................................. 9 1.5 论文主要工作内容 ........................................................................................ 9 第 2 章 PVDF压电薄膜的制备 ............................................................................ 10 2.1 引言 .............................................................................................................. 10 2.2 实验材料及设备 .......................................................................................... 10 2.3 PVDF薄膜的流延制备 ................................................................................. 11 2.3.1 制备过程 ............................................................................................... 11 2.3.2 制备影响因素 ....................................................................................... 12 2.4 PVDF薄膜的拉伸 ......................................................................................... 14 2.4.1 拉伸过程 ............................................................................................... 14 2.4.2 拉伸影响因素 ....................................................................................... 14 2.5 PVDF薄膜的极化 ......................................................................................... 18 2.5.1 极化原理 ............................................................................................... 18 2.5.2 热极化法步骤 ....................................................................................... 20 2.5.3 热极化法影响因素 ................................................................................ 21 2.6 PVDF薄膜的表征 ......................................................................................... 25 2.6.1 扫描电子显微镜（ SEM） .................................................................... 25 2.6.2 差示扫描量热法（ DSC） .................................................................... 27 2.6.3 广角 X-射线衍射测试（ XRD） ........................................................... 29 2.6.4 压电性能测试 ....................................................................................... 30 2.6.5 介电性能测试 ....................................................................................... 31 2.7 本章小结 ...................................................................................................... 32
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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。
总的来说，PVDF压电薄膜具有压电常数大、频率响应宽、机械强度好、耐冲击、重量轻、柔韧性好、声阻抗容易匹配、易于大面积加工、受水和一般化学品污染少、价格低廉等特点。
它不仅可以在许多领域取代压电陶瓷材料，还可以用于压电陶瓷材料无法使用的场合。
因此，它是一种非常有前途的能量交换聚合物敏感材料。
?
聚偏氟乙烯压电薄膜技术条件
o
使用温度t33投射压电常数d33与介电常数ε/ε0声速С机电耦合系数κ体积电阻率P热释电系数P探测灵敏度（4Hz）
指标
18―32pc/n9―13(ikhz)st=\st1:chmetcnv>m/s10―14%10ω.cm40c/cm.k1011m.hz/w-40～80℃1/2213?
PVDF压电薄膜的应用
o
适用范围：麦克风、消声麦克风、电话传输类性能、使用PVDF压电薄膜的横向压电音频换能器、双压电芯片换能器、耳机、扬声器、加速度计、医疗传感器、唱机拾音器、非接触开关、电话面板、，机电换能器和设备、横向压电打字机和使用PVDF压电薄膜血压计的计算机键盘、光学快门、光纤开关、变焦镜、触觉传感器、显示器、位移传感器、超声波发射器和接收器、无损检测换能器、，纵向压电超声和水下换能器成像阵列采用PVDF压电薄膜、水听器、延迟线、光学调制，室温下的频率在500MHz以内，可以产生有用的信号、变焦距换能器超声显微镜、超声诊断仪、红外探测器、摄像头、，红外可见光到红外和光学器件、使用PVDF压电薄膜的热电交换器、复印机、反向探测器、激光功率计、火灾探测器和防盗报警器。