PVDF压电薄膜及其传感器的制备与性能研究

摘要

聚偏二氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride，简称 PVDF）压电薄膜是一种高分子薄膜，因其具有体积小、质量轻、耐化学腐蚀、柔性和加工性能好、声阻抗低、频响宽、介电强度高、稳定性好等特性，以其为核心的产品被广泛的应用于工业生产和日常生活的多个领域，如日常生活的麦克风、显示器，医学方面的心率测试仪，声学方面的超声显微镜、超声发送及接收器等。鉴于易粘贴于结构表面，对结构的力学性能影响小等优点，PVDF在传感方面有着很大的优势，它可作为智能材料与结构中理想的传感元件。基于PVDF压电薄膜的传感器在结构监测方面有着非常广阔的应用前景。本文研究了PVDF压电薄膜的制备工艺、PVDF传感器的封装工艺及其动态响应特性，主要内容如下：
　　（1）研究了PVDF压电薄膜的溶液流延法制备工艺，重点分析和表征了制备过程中流延温度、拉伸比、极化电压等多种因素对薄膜性能的影响，为制备性能良好的压电薄膜奠定了基础。
　　（2）利用磁控溅射、丝网印刷和手涂三种工艺对PVDF压电薄膜进行了电极涂覆并进行了对比，研究了PVDF压电薄膜的封装工艺，完成了PVDF压电传感器的制作。
　　（3）完成了PVDF传感器的动态循环实验研究，验证了电磁屏蔽的必要性，通过与高精度电阻应变片的测试结果的对比研究了PVDF压电传感器的动态响应特性。

目录

PVDF 压电薄膜及其传感器的制备与性能研究

PREPARATION AND PERFORMANCE STUDYOF PVDF PIEZOELECTRIC FILM AND SENSOR

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 PVDF压电薄膜概述

1.2.1 压电材料和压电效应

1.2.2 PVDF的晶体结构

1.3 PVDF压电薄膜的研究现状

1.3.1 PVDF薄膜的制备及性能研究

1.3.2 PVDF压电薄膜的应用

1.4 已有的研究中存在的问题

1.5 论文主要工作内容

第2章 PVDF压电薄膜的制备

2.1 引言

2.2 实验材料及设备

2.3 PVDF薄膜的流延制备

2.3.1 制备过程

2.3.2 制备影响因素

2.4 PVDF薄膜的拉伸

2.4.1 拉伸过程

2.4.2 拉伸影响因素

2.5 PVDF薄膜的极化

2.5.1 极化原理

2.5.2 热极化法步骤

2.5.3 热极化法影响因素

2.6 PVDF薄膜的表征

2.6.1 扫描电子显微镜（SEM）

2.6.2 差示扫描量热法（DSC）

2.6.3 广角X-射线衍射测试（XRD）

2.6.4 压电性能测试

2.6.5 介电性能测试

2.7 本章小结

第3章 PVDF压电薄膜的封装及传感器制作

3.1 引言

3.2 电极涂覆

3.2.1 磁控溅射

3.3 PVDF压电薄膜的封装

3.3.1 边缘处理

3.3.2 引线导出

3.3.3 加保护层

3.3.4 电磁屏蔽

3.4 PVDF压电传感器的性能指标

3.5 本章小结

第4章 PVDF压电传感器动态性能实验研究

4.1 引言

4.2 PVDF压电薄膜的工作原理

4.3 PVDF传感器等效模型

4.4 PVDF动态实验系统的建立

4.4.1 实验系统

4.4.2 实验仪器

4.5 PVDF动态实验及数据分析

4.5.1 实验概况

4.5.2 结果及数据分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

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致谢