【摘 要】
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有机压电材料(聚偏氟乙烯)PVDF、(聚偏氟乙烯三氟乙烯)P(VDF-TrFE)具有良好的压电性、柔韧性,可用来制作柔性压电传感器。本文基于P(VDF-TrFE)压电薄膜设计了一种柔性压电传感器,共有五层结构,由下至上依次为衬底PET、底电极Al、压电薄膜P(VDF-TrFE)、顶电极Al和保护层PDMS。首先进行传感器压电薄膜的制作。准备5种不同浓度的PVDF溶液以不同的旋涂速度、退火温度等条件
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有机压电材料(聚偏氟乙烯)PVDF、(聚偏氟乙烯三氟乙烯)P(VDF-TrFE)具有良好的压电性、柔韧性,可用来制作柔性压电传感器。本文基于P(VDF-TrFE)压电薄膜设计了一种柔性压电传感器,共有五层结构,由下至上依次为衬底PET、底电极Al、压电薄膜P(VDF-TrFE)、顶电极Al和保护层PDMS。首先进行传感器压电薄膜的制作。准备5种不同浓度的PVDF溶液以不同的旋涂速度、退火温度等条件制备薄膜并观察成膜效果,从中选出合适的试验条件来制备P(VDF-TrFE)薄膜。采用DSC、XPS、FTIR、SEM四种方法分析P(VDF-TrFE)与PVDF在熔化温度、元素含量、化学键及晶粒形状等方面的区别,使用SEM、XRD、AFM、ATR等方法分析退火温度和旋涂次数对P(VDF-TrFE)薄膜的影响。结果是10wt%的P(VDF-TrFE)溶液在旋涂速度低速(20s)800r/min、高速(40s)1500r/min的条件下制备的薄膜厚度均匀、表面完整、柔韧性好,烘干温度70℃,退火温度为130℃,旋涂次数1次的P(VDF-TrFE)薄膜中β相含量较多,最终选用该工艺条件来制备传感器的压电层。设计并制作了两种尺寸的P(VDF-TrFE)压电传感器,同时采用有限元仿真软件Ansys15.0中的Workbench工具对P(VDF-TrFE)压电传感器进行仿真模型构建,并对其进行静态力学仿真分析。采用搭建的压电传感器测试系统对传感器的输出电压与频率的关系和输出电压与振动台驱动电压的关系进行了测试。其中,长度为50mm的传感器频率的最高灵敏度为0.21mV/Hz。长度为25mm的传感器,频率灵敏度最高为0.22mV/Hz。信号发生器的输出频率400Hz、激振器驱动电压为3V时,长度为50mm的传感器输出电压幅值为133.81mV,长度为25mm的传感器输出电压幅值为118.60mV。
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