PVDF薄膜机电特性试验装置设计

与采用悬臂梁或Hopkinson压杆等来研究聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜性能不同,该文针对PVDF压电薄膜在不同载荷和频率范围内机电响应特性问题,设计了一种可全面研究PVDF压电薄膜机电响应特性的试验装置。该装置由激振器加载部分与应变、加速度、动态力测量部分及试验台架组成,利用此装置可实现动态力的快速加载及加载力、应变及PVDF薄膜响应的同步测量。利用该试验装置对PVDF压电薄膜实施了动态加载试验,获得了较稳定的PVDF响应、应变及加载力的试验曲线,证实了该试验装置的可靠性,为PVDF压电薄膜粘弹性和压电特性的研究提供了一种试验手段。     

可穿戴式筒壳型压电能量收集器的研究与设计

针对可穿戴设备电源的供电及续航问题,采用了筒壳结构的压电能量收集器.探究了可穿戴筒壳结构压电能量收集器俘能的本质,并提出结构优化设计方案.首先指出筒壳结构的承载能力和初始能量与厚度成正比,且随着跨度的增大而减小;其次通过有限元仿真研究了基底和聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜尺寸与应力、应变的关系,指出PVDF的尺寸应尽...     

通过设计压电式传感器实现结构声有源控制

以简支板为例，利用压电式传感器测量声辐射模态。通过在板表面均匀粘贴一组相同形状的矩形高分子压电薄膜(PVDF)，然后通过设计这组PVDF输出的加权系数，得到各阶声辐射模态的伴随系数。研究表明这种传感器策略与辐射体表面上的外激励力性质(如激励力类型、频率以及位置等)无关。该文以压电陶瓷(PZT)作为作动器，通过数值计算分析了这种传感器策略的控制效果。     

PVDF压电薄膜在足底压力测量中的应用

根据测量的需要,该文将聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜应用于足底压力测量。以16点PVDF压电薄膜传感器阵列为例,详细介绍了PVDF压电薄膜的工作原理及其传感器阵列的制作过程,并设计出相应的信号调理电路,给出了实验测试结果。实验表明,PVDF压电薄膜具有较好的灵敏度、稳定性及重复性,能可靠采集到足底压力信号,适合于足底压力测量。     

PVDF薄膜传感器前置放大模块设计及实验研究

聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜具有良好的压电效应,被广泛应用于振动测量等领域。该文通过分析PVDF压电薄膜的电路模型,设计了与之配套的前置放大模块,并对该模块进行了理论分析和实验测试,测试结果与理论相符。应用PVDF薄膜配合设计的前置放大模块对圆管内流场信息进行了对比试验。试验结果表明,PVDF压电薄膜对于管内流场的测量在低频区域优于加速度计,可测量到丰富的低频成分,为分析管内的流场信息提供了良好的实验基础。     

基于PVDF压电薄膜阵列的多频声源设计

设计一种由聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜和树脂基座构成的多频声源装置,PVDF压电薄膜由幅值0~2 000 V、频率100~2 000 Hz内可调四路激励电路驱动。通过调节激励PVDF薄膜的信号的频率和幅值,达到对声源频谱的控制。频谱分析仪的测量结果表明,根据输入信号可动态调节声源频谱,产生具有多频峰值的混合模拟噪声。随着激励电压的升高,噪声源声压级明显增加。该多频声源装置可以应用于吸声材料性能检测等研究中。     

P/C柔性复合压电薄膜通过技术鉴定

现代电子功能材料与器件学科的一个新型领域——柔性复合压电功能薄膜,于1991年12月29日在电子科技大学通过技术成果鉴定。 P/C柔性复合压电薄膜系PVDF基压电聚合物与铁电陶瓷PZT等3—0型柔性复合压电PVDF/PZT薄膜系列,具有兼顾优异机械韧性与高度综合压电特性,柔韧性(C_33<9N/m~2柔韧强度),耐震抗冲击、紧触检测灵敏性,可塑加工性(大面积成膜、     

PVDF压电复合材料及其应用的研究进展

对聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的工作原理及其在传感器领域的优势进行了简单阐述,重点从PVDF材料的压电性能和介电性能的改进方向进行了分析,主要包括材料掺杂和工艺优化。总结和分析了国内外研究中PVDF掺杂无机压电材料、金属及其氧化物、碳基材料来改善薄膜性能的工作原理和优势,并对工艺研究中的静电纺丝技术、电流体动力拉拔技术、挤压铸造工艺进行了简单评述。总结了近年来PVDF压电复合材料在传感器领域的研究进展,及其在可穿戴设备、声波传感器和人机交互等领域的应用,最后对PVDF材料的发展方向进行了总结和展望。     

基于PVDF的金属构件裂纹监测研究

利用聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜响应快、可用于面监测的独特优点,对金属构件的裂纹萌生与扩展、断裂全过程进行了监测实验研究。PVDF压电薄膜监测的裂纹信号出现明显的脉冲特征,通过分析该特性信号表明,PVDF可方便地捕捉到构件裂纹萌生与扩展的瞬间信号,可为结构的安全评定与损伤定位提供可靠的信息。     

BTO NWs/PVDF柔性复合薄膜的制备及其压电性能研究

该文通过两步水热法制备了钛酸钡纳米线（BTO NWs）,采用旋涂法与聚偏氟乙烯（PVDF）复合制备BTO NWs/PVDF复合薄膜。系统地研究了水热反应中不同NaOH浓度、不同反应时间及不同BTO NWs掺杂量对BTO NWs/PVDF复合薄膜压电输出性能的影响,并与商用钛酸钡纳米球（BTO NPs）制备的BTO NPs/PVDF复合薄膜进行了压电性能对比。结果表明,当NaOH浓度为10 mol/L,反应时间为10 h时,BTO NWs/PVDF复合薄膜开路电压和短路电流分别可达5.42 V和1.81 μA。当BTO NWs掺杂量(质量分数)为20%时,复合压电薄膜的开路电压可达9.34 V,短路电流可达2.15 μA,分别是BTO NPs/PVDF复合薄膜输出电压和电流的1.92倍和1.49倍。当负载电阻值为5 MΩ时,BTO NWs/PVDF复合薄膜输出功率可达1.44 μW。经过4 000次循环敲击测试,BTO NWs/PVDF复合薄膜表现出良好的机械稳定性,其有望在自供电器件、柔性可穿戴电子设备等领域得到广泛应用。     

低频荷载下PVDF压电薄膜检测电路的研究

针对PVDF压电薄膜传感器内阻大、低频荷载下输出信号微弱以及易受外界噪声干扰的问题,设计了一种由双电容负反馈差分电荷放大电路和二阶低通滤波电路组成的检测电路。在0.2 ~20 Hz低频荷载下分别用该检测电路和传统检测电路对PVDF压电薄膜传感器进行检测,并将实验结果进行了对比分析。结果表明,该检测电路的输出电压幅值提高了90%,且具有较强的抗干扰能力,能降低后级电路信号处理的难度。     

基于PVDF压电传感器的采摘机械手研究

针对目前果实采摘机械手无法准确自主判断抓取力度的问题,利用聚偏氟乙烯(PVDF)的压电敏感特性,研究出一种基于PVDF压电薄膜传感器的果实采摘机械手。通过采集PVDF压电薄膜传感器输出信号判断果实采摘机械手对应抓取力的变化,利用模糊控制理论控制电机实现果实抓取。同时加入过力保护功能,当测得的抓取力大于预设值时,机械手停止抓取。实验结果表明,基于PVDF压电传感器的采摘机械手能够可靠地实现果实抓取。     

BaTiO_3压电薄膜的制备及其性能研究

利用旋涂技术,在聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合液中掺入不同质量分数(30%,50%,70%)的钛酸钡(BaTiO_3)纳米颗粒,并将混合物均匀涂在洁净的硅片表面进行旋涂处理;加热固化制得压电薄膜,并对压电薄膜进行极化处理,分别运用扫描电子显微镜(SEM),X线衍射(XRD)仪分析薄膜表面和BaTiO_3粉末。实验结果表明,薄膜内部BaTiO_3分布相对均匀,且其中BaTiO_3纳米颗粒为四方相。设计振动能量采集测试系统测试分析薄膜的输出开路电压和供电能力,分别用单悬臂梁振动和激振器敲击的形式对压电薄膜的输出特性进行研究。压电薄膜的输出电压峰-峰值与BaTiO_3的质量分数具有高度的一致性,在w(BaTiO_3)=70%时,输出电压最高,对应的峰-峰值为3.50V。     

悬臂梁基底对压电俘能器输出响应的影响分析

悬臂梁的材料与结构对压电俘能器的输出响应具有重要影响。为了 研究在1.5~5.8 m/s低风速环境下不同基底材料对接触式压电俘能器的影响,该文选择聚氯乙烯（PVC）、304不锈钢、1060铝和H68黄铜材料为基底的柔性聚偏氟乙烯（PVDF）压电悬臂梁结构,并进行了对比实验与分析。结果表明,以304不锈钢为基底的悬臂梁结构输出功率最大。通过计算不同基底材料梁的结构参数发现,在低风速工况下,梁的结构刚度与减幅因数是影响压电俘能器输出性能的主要因素。同等工况下,梁的结构刚度越小,接触式压电俘能器的启动风速越低,风致振动的激振力频率越高;减幅因数越小,悬臂梁的输出功率越大。     

基于ANSYS的万向压电换能器仿真分析

针对环境振动源振动方向的多方向性特点,提出了一种万向压电换能器,其可实现对不同方向振动的敏感。基于ANSYS软件建立了万向压电换能器的有限元仿真模型并进行了仿真分析。通过对万向压电换能器的发电性能仿真发现,换能器输出电压随着压电片的厚度和长度的增加,都存在一个最大输出电压值;随着弹性基片长度的增加,换能器的输出电压单调递增。通过对万向压电换能器的多方向发电仿真发现,在x、y、z方向上施外力,该换能器的输出电压分别为17.9V、15.5V、7.2V。     

PVDF压电薄膜振动传感器及其信号处理系统

建立了测量振动的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结构、功能和用于机敏柔性梁上的实验结果，并给出了与加速度传感器测量结果的比较。     

压电薄膜振动传感器灵敏度与频响标定研究

近年来,压电薄膜振动传感器发展十分迅速,已被广泛应用于结构健康监测、医疗电子、加速度、器件振动等测量。该文针对压电薄膜振动传感器的性能检测,设计了一套以可调频激振台作为核心的压电传感器灵敏度与频响特性标定装置。振动信号由可调频激振台提供,标准压电传感器与自制传感器同步进行振动测试。测试结果表明,该装置可方便地实现对被测传感器灵敏度和频率响应特性的标定。标定系统整体设计简单,操作方便。同时系统体积小,稳定性高,测量误差小,便于对各种类型的压电振动传感器进行检测,具有很强的实用性和广阔的发展空间。基于该系统对自制压电薄膜传感器性能的标定,研究了压电薄膜传感器灵敏度的影响因素。     

Theoretical Model and Outstanding Performance from Constructive Piezoelectric and Triboelectric Mechanism in Electrospun PVDF Fiber Film

Flexible materials with high electromechanical coupling performance are highly demanded for wide applications for electromechanical sensors and transducers, including mechanical energy harvesters. Here, outstanding electromechanical performance is obtained in electrospun‐aligned polyvinylidene fluoride (PVDF) fiber film. A theoretical model is developed from systematic theoretical analyses to clarify the underlying constructive piezoelectric‐triboelectric mechanism in the polarized PVDF fiber films that explains the experimental observations well. The electrospinning process induces polarization alignment and thus tunes the electron affinity for PVDF fibers with different polarization terminals, which results in the constructive piezoelectric and triboelectric responses in the obtained PVDF fiber films. Extremely large effective piezoelectric performance properties are achieved in the direct piezoelectric measurements, reaching the maximum effective piezoelectric strain and voltage coefficients of ?1065 pm V^?1 and ?9178 V mm N^?1, respectively, at 100 Hz. In the converse piezoelectric measurements without a significant contribution from reversible triboelectric effect, the maximum effective piezoelectric strain and voltage coefficients are ?166 pm V^?1 and ?1499 V mm N^?1, respectively. The theoretical analyses and experimental results show the great potential of the electrospun aligned polar PVDF fiber material for various electromechanical device applications, particularly for mechanical energy harvesting.