PVDF压电薄膜的力学性能和压电效应实验研究

发布时间：2020-11-14 15:06

　　 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。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O484.4
【部分图文】：

基于此，本文对 PVDF 压电薄膜的基本性能进行了实验研过实验研究为 PVDF 传感器的设计与制作提供参考与指导，以满足不同的应用，具有重要的研究意义和应用价值。VDF 压电薄膜基本特性PVDF 压电薄膜分子结构69 年日本科学家 Kawai 发现极化的含氟聚合物：聚偏氟乙烯（PVDF）有电效应[15]。自此，作为一种新型压电材料，许多研究者对其进行了广泛的DF 是一种半晶体聚合物，其分子链由-CH2-CF2-单元重复排列而成，氟子分别处于碳链的两边，其分子结构如下图 1-1 所示。PVDF 常见的分子，分别为 ，β，γ， ，以 β 相的压电性能最好。

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 压电效应压电效应有正压电效应和逆压电效应[22]。当在压电材料某一方向施加外力变形时，在其相对的两个表面上会产生极性相反，大小相等的电荷，当去后其又恢复为不带电的状态，这种现象叫做正压电效应。相反，如若给压加一个电场，压电材料便会产生变形，而去掉电场后其又恢复变形，这种逆压电效应。其示意图如下图 1-2 和 1-3 所示：

压电效应压电效应有正压电效应和逆压电效应[22]。当在压电材料某一方向施加外力变形时，在其相对的两个表面上会产生极性相反，大小相等的电荷，当去后其又恢复为不带电的状态，这种现象叫做正压电效应。相反，如若给压加一个电场，压电材料便会产生变形，而去掉电场后其又恢复变形，这种逆压电效应。其示意图如下图 1-2 和 1-3 所示：图 1-2 正压电效应
【参考文献】

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本文编号：2883612