有機(jī)壓電材料及應(yīng)用.ppt

1、有機(jī)壓電材料及應(yīng)用,壓電效應(yīng),當(dāng)某些材料在沿一定方向受到壓力或拉力作用而發(fā)生變形時(shí)，引起它內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生極化現(xiàn)象，其表面上會產(chǎn)生電荷；若將外力去掉時(shí)，它們又重新回到不帶電的狀態(tài)這種現(xiàn)象就稱為壓電效應(yīng),壓電材料分類,壓電材料分類,無機(jī)壓電材料,有機(jī)壓電材料,壓電陶瓷,壓電晶體,通常為PVDF及其共聚物（薄膜）,壓電性強(qiáng)、介電常數(shù)高、 易加工成型 機(jī)械品質(zhì)因子低、 電損耗大、穩(wěn)定性差,壓電性弱、介電常數(shù)低、 加工尺寸局限 機(jī)械品質(zhì)因子高、 穩(wěn)定性好,柔韌性好、低密度、低阻抗,大功率換能器和寬帶 濾波器,標(biāo)準(zhǔn)頻率控制的振子、高頻、 高溫超聲換能器等,特點(diǎn),應(yīng)用 領(lǐng)域,PVDF與PZT

2、比較,聚偏氟乙烯(PVDF),1969年，Kawai發(fā)現(xiàn)了聚偏氟乙烯(簡稱PVDF)具有極強(qiáng)的壓電效應(yīng)，繼而出現(xiàn)了以聚偏氟乙烯為代表的壓電高聚物的研究熱潮，現(xiàn)在研究已從均聚物擴(kuò)大到共聚物、共混物和復(fù)合物，從結(jié)晶高聚物的壓電性擴(kuò)大到非晶高聚物的壓電性。PVDF家族壓電鐵電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是有機(jī)換能器領(lǐng)域發(fā)展的里程碑。,PVDF聚偏氟乙烯，分子式為(CH2-CF2)n，外觀為半透明狀。分子鏈間排列緊密，又有較強(qiáng)的氫鍵，含氧指數(shù)為46%，不燃，結(jié)晶度65%78%，密度1.171.79g/cm3 , 熔點(diǎn)為172,熱變形溫度112145,長期使用溫度為40150。,PVDF的晶型與壓電性,PVDF存在

3、四種晶相：，,晶型是PVDF最普通的結(jié)晶形式，為單斜晶系，構(gòu)型為TGTG,在同一單胞內(nèi)偶極子反向排布，偶極矩相互抵 消，因此分子為非極性；,PVDF的晶型與壓電性,PVDF存在四種晶型：，,晶型是PVDF的重要結(jié)晶形式，為正交晶系，構(gòu)型為全反式TTT,單胞內(nèi)偶極子排布方向一致，因而具有強(qiáng)極性，相具有最強(qiáng)的壓電性。 當(dāng) 晶型含量占主導(dǎo)地位時(shí)才能得到優(yōu)異的壓電牲能,PVDF的晶型轉(zhuǎn)換,不同的加工工藝可得不同晶型的 ,不同晶型的通過化學(xué)或物理?xiàng)l件的處理又可互相轉(zhuǎn)換,120MV/m左右的極化電場可以將相首先轉(zhuǎn)變相結(jié)構(gòu)， 然后在200MV/m的電場下相又轉(zhuǎn)變?yōu)橄?最終500MV/m的電場使得相轉(zhuǎn)變成相結(jié)

4、構(gòu)。,熔融結(jié)晶的PVDF為相,相通過機(jī)械拉伸的辦法可以將相轉(zhuǎn)變?yōu)橄嘟Y(jié)構(gòu),相高溫退火可以轉(zhuǎn)變成在高溫下更為穩(wěn)定的相,相在高溫高壓下退火又可轉(zhuǎn)變?yōu)橄?PVDF壓電膜的制備,由于相具有最強(qiáng)的壓電性，PVDF壓電膜的制作方法是指相膜的制作， 大致有3種方法， 即溶液澆鑄法， 共聚合法和熱壓拉延法,由于熱壓拉延法制得膜的壓電性最強(qiáng)，并且此法也較容易，通常采用此法,工藝包含以下幾個(gè)步驟：,純的PVDF壓電膜,PZT-PVDF復(fù)合壓電膜,采用陶瓷 PZT微粉和高聚物 PVDS 制備復(fù)合材料膜，通過軋膜、 鍍電極和極化3個(gè)主要工藝制備,軋膜（用熱軋擠壓成膜方法， 軋輥升溫到12040）加PVDF粉末 軟化緩慢

5、添加PZT粉料混軋成膜自然冷卻取膜,鍍電極使用濺射金屬電極工藝如下：丙酮、酒精清洗薄膜抽真空 加電壓 濺射銀,極化采用常規(guī)的油浴直流高壓極化法，將油溫控制在預(yù)定溫度，把樣品放入 浴油中的夾具上，固定極化電壓，保持規(guī)定時(shí)間，去掉電壓，取出樣品,PVDF與尼龍11 共混膜,PVDF（粉末）和尼龍11 （顆粒）在 190和220下熱壓并用冰水淬火成膜， 疊放在加適當(dāng)?shù)拈g隔層的鉛箔中， 210 共熔， 冰水淬火成復(fù)合膜， 室溫拉伸至3.5倍,然后再上電極和極化,用PVDF與尼龍11制備共混膜， 經(jīng)過適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚砗螅?可能得到比PVDF更高的壓電性和熱釋電性,壓電材料應(yīng)用,PVDF壓電膜應(yīng)用,由于PV

6、DF壓電高聚物薄膜的壓電性強(qiáng)， 柔性好， 其聲阻抗與空氣、 水和生物組織 很接近， 所在許多技術(shù)領(lǐng)域都有適用性。特別是用它制作與液體、 生物體及氣體 的換能器， 可獲得比用其它壓電材料制作換能器更好的阻抗匹配,在電聲換能器中的應(yīng)用,由PVDF壓電高聚物制作的器件對溫度、濕度和化學(xué)物質(zhì)高度穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度又高， 用其制作的聲電轉(zhuǎn)換器件結(jié)構(gòu)簡單、形狀細(xì)致、重量輕、失真小、音質(zhì)好、穩(wěn)定性 高， 能廣泛應(yīng)用于聲學(xué)設(shè)備，特別適宜于高質(zhì)量的立體聲耳機(jī)、 揚(yáng)聲器和話筒等 此外PVDF壓電高聚物還可應(yīng)用于紅外探測器、輻射計(jì)、電荷分離器、濾波器、光掃 描器、方位探測器、光相調(diào)制器等,在智能材料系統(tǒng)中的應(yīng)用,由于壓

7、電材料對于所加應(yīng)力能產(chǎn)生可測量的電信號，是智能結(jié)構(gòu)中理想的傳感元件。PVDF壓電膜， 壓電系數(shù)高，具有薄、重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、 可黏貼于材料的表面的特點(diǎn)，與結(jié)構(gòu)有著良好的相容性， 并可在 結(jié)構(gòu)中大面積使用。 比如，在機(jī)器人的觸覺傳感器中， 因?yàn)?PVDF壓電膜同時(shí)具有壓電和熱釋電效應(yīng)， 所以它是最合適的器件,在醫(yī)療儀器中的應(yīng)用,PVDF壓電高聚物對生物組織的適應(yīng)性和相容性很好，用它們制成的電子型人工臟器 及其組件將有可能移植到動物體內(nèi)，用它們制成的醫(yī)療儀器已廣泛使用。,高透明度的有機(jī)壓電薄膜的傳感裝置,為此村田制作所開發(fā)出了一種有機(jī)壓電薄膜， 具有壓電常數(shù)大、透明度高的特點(diǎn)， 無熱釋電現(xiàn)

8、象， 能夠檢測出彎曲度和扭轉(zhuǎn)程度。 預(yù)計(jì)今后該壓電薄膜將被廣泛應(yīng)用于各種人機(jī)界面。,村田制作所開發(fā)了使用這個(gè)有機(jī)壓電薄膜的2個(gè)應(yīng)用裝置，即能夠利用彎曲和扭轉(zhuǎn)的動作來控制電視機(jī)的遙控器，以及能夠檢測出手指向下按觸摸屏的力度的具有壓力檢測功能的觸摸屏Touch Pressure Pad (壓力式觸摸板) 。,至今為止，由于壓電薄膜具有熱釋電性能，因此在使用壓電薄膜的傳感裝置的過程中，無法分別檢測溫度與彎曲度和扭轉(zhuǎn)程度。,利用彎曲和扭轉(zhuǎn)的動作來控制電視機(jī)的遙控器,分別使用了能夠檢測出彎曲度的壓電薄膜和能夠檢測出扭轉(zhuǎn)程度的壓電薄膜，此應(yīng)用裝置是能夠通過用雙手彎曲和朝相反方向扭轉(zhuǎn)薄膜型機(jī)體來操縱電視機(jī)的新感覺遙控器。,具有壓力檢測功能的觸摸屏“壓力式觸摸板”,由于壓電薄膜不具有熱釋電性，所以手指溫度不會產(chǎn)生電壓的。因此該觸摸屏能夠進(jìn)行更高精度的檢測。同時(shí)，該觸摸屏不僅能夠檢