基于PVDF的高压电性薄膜制备工艺研究

针对国内的聚偏二氟乙烯(PVDF)压电传感器仅限于实验室阶段,仍需要大量进口的现状,通过对PVDF压电特性分析,结合传感器产品的结构,进行PVDF压电传感器的制备工艺的研究。对工艺过程中的初始薄膜制备、单轴拉伸、高压极化和磁控溅射等主要工艺进行制备工艺参数的探索,获得了PVDF压电敏感薄膜,并采用聚酰亚胺材料进行封装,得到PVDF压电传感器。对该传感器进行关键参数静态压电系数d_(33)的测试,结果为13.1PC/N,获得了满足实际工程使用的PVDF压电传感器产品。     

PVDF压电加速度传感器电荷灵敏度影响因素分析

建立PVDF压电模型,依据压电方程和加速度计基本原理,推导和分析了PVDF压电薄膜加速度传感器电荷灵敏度的影响因素,并设计实验进行了验证.公式推导和实验证明,PVDF压电加速度传感器电荷灵敏度随压电薄膜的面积增大而增大,随厚度增大而减小.,随预紧弹簧的刚度增大而减小.     

高压静电纺丝工艺制备PVDF-ZnO/GR共聚物膜的压电性能研究

提出了一种利用高压静电纺丝工艺制备PVDF/ZnO及PVDF/Graphene(以下简称GR)共聚物膜的方法并对其压电性能进行了研究。通过在传统的PVDF溶液中混入氧化锌和石墨烯,制备得到PVDF共聚物膜,对PVDF,PVDF/ZnO,PVDF/GR三种膜进行电镜扫描以表征其表面结构。对三种压电薄膜进行了压电响应对比实验,PVDF,PVDF/ZnO,PVDF/GR三种薄膜的压电响应峰值分别达到16.8 V,29.6 V,21.7 V。PVDF/ZnO压电薄膜对比PVDF压电薄膜的电压峰值提高12.8 V。PVDF/GR压电薄膜对比PVDF压电薄膜的电压峰峰值提高了4.9 V。对三种压电薄膜进行了能量收集实验,PVDF,PVDF/ZnO,PVDF/GR三种薄膜分别令LED灯点亮11.3 s,17 s,14.6 s,输出功率密度为6.79μW/cm^2,19.28μW/cm^2,15.11μW/cm^2。PVDF共聚物膜对比PVDF膜在压电性上有显著提高,可应用于压电能量收集或可穿戴传感器等应用领域。     

基于PVDF的三维机器人触觉传感器有限元分析

为了解决压电层合板层间应力连续性问题,从而更为准确地预测传感器的实际输出,利用COMSOL Multiphysics对基于PVDF压电薄膜的三维机器人触觉传感器进行有限元建模。利用三维线性理论建立了压电层半解析轴对称有限元模型,得出分别沿三个方向施加单向力时触觉传感器各压电薄膜的电压响应。仿真结果与标定值之间的误差小于6%,验证了设计的合理性和可行性。     

PVDF的大拉伸变形测试机理研究

基于压电薄膜聚偏二氟乙烯(简称PVDF)在小应变下的测试机理,研究和分析了PVDF压电薄膜在大拉伸下的变形,推导了PVDF的大拉伸测试机理.通过自制的PVDF压电薄膜应变片大拉伸试验验证了该理论方法的可行性,为进一步开展PVDF测试大拉伸变形的应用研究提供了理论依据.     

PVDF传感器在水中爆炸弱压力信号测量中的应用

为了研究水中爆炸微弱压力信号的测试方法,采用聚偏氟乙烯（ PVDF）压电薄膜作为敏感元件制成带内装放大电路的传感器,在试验水池中进行小药量的爆炸试验,验证利用PVDF传感器进行水中爆炸微弱压力信号测量的可行性。试验结果表明：PVDF压电薄膜传感器在5g TNT炸药水池爆炸压力测量中,得到了冲击波和气泡脉动压力曲线,波形一致性较好。PVDF传感器具有频响高、灵敏度高、制作简单、成本低的优点,可以用于水中爆炸微弱压力信号的测量。     

基于PVDF传感器的阶梯梁实验模态分析

以两端固定阶梯梁为例,采用多点激励、单点测量方法通过矩形聚偏氟乙烯（ PVDF）压电薄膜传感器进行实验模态分析,并与数值计算结果和小质量加速度计实验结果进行对比。理论计算和实验表明：PVDF传感器可以代替传统的加速度计进行实验模态分析,对阶梯梁模态分析效果很好,并且PVDF传感器具有连续分布式、质量轻、频响宽、价格相对低廉等优点。     

压电薄膜传感器及其在心脏监测中的应用

介绍了应用有机高分子压电材料聚偏氟乙烯(PVDF)制作的压电传感器和结合电子线路进行的心音监测试验.压电薄膜传感器的设计利用了阻抗变换器,使PVDF膜的高阻抗输出变为低阻抗输出,输出阻抗为3kΩ左右,并在后续电子线路中设计了高信噪比的放大电路,可对信号进行有效的放大;配合单片机、存储器等芯片技术研制出初步监测心音心电信号的监测系统,能进行心音心电信号数据的采集、传送、处理.实验表明,该薄膜传感器与整机之间结构、性能完全匹配,该心音心电监测系统能够准确监测人体心音心电信号.     

PVDF压电薄膜传感器的研制

采用28μm厚的4层聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜研制了PVDF压电传感器,该传感器表面电极形状应用剪切加丙酮腐蚀的方法制成,保证了传感器有一定的非金属化的边缘。对于电极的引出是将传感器上、下电极面引脚错开,引出电极采用比较容易做到的穿透式,并用压接端子压接和空心小铆钉铆接的2种方法。     

PVDF压电薄膜传感器

从简叙聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜的制作入手,介绍了PVDF薄膜的特性,列举了压电薄膜的优缺点,并与普通压电材料作了比较。文末较详细地介绍了国外PVDF薄膜在众多领域中的应用动态。     

利用PVDF压电膜设计声辐射模态传感器

提出了一种新的聚偏氟乙烯(PVDF)压电传感器的设计方法测量板的前2阶声辐射模态伴随系数。结果表明:在中低频率,测量第一阶声辐射模态伴随系数,只需要在板布置两条PVDF传感器即可;测量第二阶声辐射模态伴随系数,可在板上布置多条传感器能得到比较精确的结果。同时,传感器测量的结果与理论相符,说明这种新型PVDF传感器的设计是可行的。     

基于柔性基底的压电能量收集器的设计

以PDMS为柔性基底设计的PVDF压电薄膜新型压电能量收集器压电性能良好,柔韧性强,可适应复杂的振动环境,具有广阔的应用前景.首先设计了具有柔性基底的压电能量收集器的结构;其次,用PVDF颗粒采用静电纺丝法制备了PVDF压电薄膜;最后,实验表明设计的压电能量收集器在振动频率为25 Hz,振动幅度为2 mm的激励下,开路输出峰值电压为8.38 V,输出功率密度为6.32 μW/cm2;经Ansys有限元分析,发现增大激励源的振动幅度,可以提高压电能量收集器的开路输出电压和输出功率.     

光刻技术在PVDF压电薄膜电极制作中的应用

为了在聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜上得到特定形状和尺寸的金电极,利用光刻技术的基本原理,分别实施了2种制备方案,即正性胶保护法和负性胶保护法。实验结果表明:负性胶保护法不能用于PVDF压电薄膜金电极的制作,而正性胶保护法能够成功地完成PVDF压电薄膜上金电极的制作,并已经成功地应用于高频超声换能器研制中。     

通过PVDF阵列测量体积位移的实验研究

针对目前PVDF体积位移传感器的研究主要集中在经典边界条件(如简支、固定、自由等)、需要预知精确的边界条件等不足,提出通过伪逆方法结合Tikhonov正则化方法设计振动梁在任意未知边界条件下的压电式体积位移传感器的通用设计模型。以一未知边界条件的振动梁为例,用一组PVDF阵列测量其体积位移。在该梁表面均匀粘贴一组相同形状的矩形PVDF薄膜,然后通过所提出的新方法设计这组PVDF输出信号的加权系数,从而得到体积位移。实验结果表明这种传感器设计方法是可行的,并且不需要预知振动梁的边界条件或模态信息。     

测量多振动参数的PVDF传感器的设计

传统测量振动参数多采用压电式加速度传感器。设计了正弦和余弦形状PVDF传感器,可以测量位移、角位移、弯矩、剪力和功率流等多个振动参数。并以测量位移和功率流为例,对其结果进行了比较,结果表明:PVDF传感器测量更方便、数据更精确,功能更齐全、应用更广泛。     

PVDF压电薄膜在结构监测中的应用初探

本研究对采秀ＰＶＤＦ压电薄膜监测结构的基本特性进行了较为系统的研究，分别做了ＰＶＤＦ压电薄膜监测结构的静态和动态响应实验，实验结果表明，ＰＶＤＦ压电薄膜监测结构应变的灵敏度提高，其静态响应的线性度好很好，而其动态响应同则有非线性和迟滞现象，对于用ＰＶＤＦ压电薄膜监测结构的冲击载荷也进行了初步的研究，实验结果表明采用ＰＶＤＦ压电薄膜可以实时监测结构所受的冲击载荷，并能及时反应出结构所受到的冲击损伤。     

PVDF振动参数监测传感理论与实验研究

建立了通过测量ＰＶＤＦ压电薄膜敏感元件的应变而得到振动参数的理论模型和ＰＶＤＦ压电薄膜敏感元件的等效模型与传感方程,介绍了测量信号处理系统的单元结构,给出了用ＰＶＣＤＦ输出估计模坐标与位移响应的方法,同时介绍了ＶＤＦ与振动－位移测量仪的实验结果的比较。     

A radio frequency and vibration energy harvesting antenna based on piezoelectric material

This article proposes a novel hybrid energy harvesting antenna that can be used to harvest radio frequency (RF) and vibration energy in ambience. A microstrip antenna is designed on the piezoelectric film with the material of polyvinylidene fluoride (PVDF). Due to the high dielectric constant of PVDF, the antenna size can be reduced efficiently. The shape of designed microstrip antenna is trapezoidal, the final antenna size is reduced to 50 mm × 30 mm × 0.2 mm. To improve the efficiency, the rectifier with matching network is optimized and the modes of the piezoelectric film are analyzed. The experimental results show that the frequency bandwidth of the antenna is 2.1 to 2.5 GHz. For a RF source at distance of 1 m away, with a 0.25 W EIRP 2.4 GHz transmitter, the output power of the antenna can reach 17.2 μW. While under 17 Hz vibration excitation, the output voltage and power can reach 1.44 V and 15.3 μW, respectively.