一种基于高压静电纺丝工艺制备的P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器及其在睡眠监测中的应用

针对日常睡眠监测的需求,提出一种基于高压静电纺丝工艺制备的P(VDF-TrFE)/锆钛酸铅(PZT)压电传感器并对其性能进行了研究。首先,介绍了P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器的制作及封装流程。其次对其灵敏度,频率响应特性,瞬时响应和稳定性等进行了测试。结果表明,该传感器不仅具有良好的微观外貌形态,且相比于纯P(VDF-TrFE)压电传感器0.73 V/N的灵敏度,制备的含30%PZT的P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器灵敏度是纯P(VDF-TrFE)压电传感器的2.5倍,达到了1.78 V/N。此外在低频下能够保持稳定压电输出且具备2 ms较快的响应时间。最后采用自制的P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器测量人体心冲击信号,并通过支持向量机(SVM)训练睡眠分期模型实现了对睡眠质量的监测,四分类模型平均准确率达到72.5%,为可穿戴睡眠监测传感器的选择提供了参考。

退火对PI/TiO_(2)/Pt/P(VDF-TrFE)/Pt柔性复合膜的铁电性的影响

本文采用溶胶凝胶法制备了PI/TiO_(2)/Pt/P(VDF-TrFE)/Pt柔性复合膜,研究了退火温度对复合膜中β相含量的影响。SEM电镜扫描结果显示,复合膜为截面清晰、结构致密性好、透光性强的二维结构。XRD衍射结果显示,在一定范围内,提高退火温度有助于α晶群转变为β晶群,130℃下β相含量达到最高,超过阈值温度后,结晶过程受到破坏,β相晶群含量明显下降。铁电测试结果显示130℃下,剩余极化强度最高为8.76μC·cm-2;温度继续升高会使铁电极化强度有明显下降,这可能与温度过高导致缺陷增多有关。

LB法制备的P(VDF-TrFE)共聚物薄膜其光学和电学特性研究(英文)

运用郎缪尔-布尔吉特法在聚酰亚胺衬底上制备聚偏氟乙烯及三氟乙烯（P（VDF-TrFE））共聚物薄膜.不同厚度薄膜的X射线衍射结果表明,薄膜具有良好的结晶特性,取向为（110）.运用波长范围为300-1300nm的椭圆偏振光谱仪对薄膜光学特性进行了表征;运用Cauchy模型对不同角度（θ=75°和85°）测得的Ψ和Δ数据进行了拟合.获得了P（VDF-TrFE）薄膜的光学参数n,k,α以及薄膜的厚度.另外对薄膜的铁电性质的测量,其剩余极化达到了6.3μC/cm^2,矫顽电场为100MV/cm.介电测量得到了薄膜两个明显的相变,铁电-介电相变以及β弛豫.

热处理方式对P(VDF-co-TrFE)压电、介电及铁电性能的影响

采用溶液流延法制备了铁电聚合物聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-co-TrFE))厚膜,用X射线衍射仪(XRD)和热重分析仪(DSC)确定了聚合物晶型,并用偏光显微镜(POM)比较了不同热处理后聚合物的结晶形态。在此基础上,用热极化方式处理了P(VDF-co-TrFE),使该材料的压电系数(d33)提高到-22 pC/N,并比较了不同极化电场下三种热处理聚合物的压电性能。然后用介电测试系统表征了退火处理后不同d33P(VDF-co-TrFE)样品的介电性能,结果表明高压电性会降低此类材料的介电常数。最后通过铁电测试系统解释了P(VDF-co-TrFE)偶极子转向对材料极化强度的影响,阐明了其压电性的来源和影响机理。研究结果表明,通过物理方式改善聚合物的结晶性能,可提高材料剩余极化强度,并可获得高压电性能聚合物厚膜。

巨电致伸缩共聚物P(VDF-TrFE)超声传感器的研制

设计制作了以电子辐照的共聚物P(VDF TrFE)为工作单元的巨电致伸缩超声传感器 ,通过去耦合电路的保护 ,测试了不同偏置电压下近场和远场的响应频率和带宽 ,分析了诱导压电常数随外电场的变化 ,合理的解释了正负偏压下的波形翻转现象。这样就把电子辐照P(VDF TrFE)共聚物材料的应用频率范围提高到超声领域 ,为进一步研制相关巨电致伸缩超声传感器提供了参考。

PZT/P(VDF-TrFE)7030 0-3型复合材料的非等温结晶和居里相变行为

采用DSC研究了PZT P(VDF TrFE) 70 30复合材料的非等温结晶和居里相变过程 .结果表明 ,PZT粒子对共聚物基体的结晶行为 ,包括结晶温度、结晶速率和结晶度等影响不大 ;然而共聚物的居里相变过程则受到PZT粒子的影响 ,随PZT粒子含量的增大 ,共聚物基体的居里相变热焓与熔体结晶热焓的比值减小 ,而且其中对应从顺电性的高温相 (HT)转变为铁电性的过冷相 (CL)的相变热焓含量减小 ,意味着PZT粒子的存在能够抑制共聚物铁电晶体中旁式构象缺陷的形成 。

基于高压静电纺丝法制备的P(VDF-TrFE)/ZnO/GR复合膜压电性能研究

提出了一种利用高压静电纺丝法制备P(VDF-TrFE)/ZnO/Graphene(以下简称GR)复合纳米纤维薄膜的方法,并对其压电性能进行了研究。首先,利用扫描电镜(SEM)观测复合薄膜的表面形貌并分析其X射线衍射(XRD)图谱。其次,将薄膜封装为三明治结构的压电纳米发电机(PNG)并研究了其压电性能。结果表明,含10%ZnO、0.1%GR的P(VDF-TrFE)/ZnO/GR复合薄膜压电纳米发电机开路输出电压和短路输出电流峰值为12.6 V、7.88μA,约是纯P(VDF-TrFE)薄膜的2.7倍、3.1倍。在激振力大小3.5 N,频率为5 Hz的条件下P(VDF-TrFE)/ZnO/GR压电纳米发电机的最大瞬时输出功率为33.85μW,持续激振21 min后,LTC3588-1毫微功率能量收集电源可以稳定输出3.3 V电压1.5 s。P(VDF-TrFE)/ZnO/GR压电纳米发电机具有良好的压电性能,具有成为自供电设备的潜力。

P(VDF-CTFE)/DA@BTO层叠式结构复合薄膜的介电与储能特性研究

聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物在高储能密度、高脉冲储能领域具有广泛的应用前景。本文采用钛酸钡(BTO)纳米颗粒掺杂聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯(P(VDF-CTFE))溶液,采用流延法制备P(VDF-CTFE)/BTO复合薄膜,探讨了不同BTO掺杂含量对复合薄膜微观结构、介电性能、储能特性的影响;采用多巴胺(DA)改性BTO以提升BTO与聚合物基体的相容性,改善复合薄膜的介电常数和电气强度;同时利用薄膜层间“击穿阻碍效应”制备层叠式结构复合薄膜以提升薄膜的储能特性。结果表明:使用DA改性BTO质量分数为10%的P(VDF-CTFE)/DA@BTO复合薄膜作为中间层、P(VDF-CTFE)作为外层制备的PV-BT-PV层叠式三明治结构复合薄膜,介电常数达到10.44,最大电气强度为362.25kV/mm,在500kV/cm电场强度下的充放电效率达到86.63%。

基于静电纺丝法制备P(VDF-TRFE)/石墨烯(GR)薄膜的柔性复合压电纳米发电机

提出了一种利用静电纺丝工艺制备P(VDF-TRFE)/石墨烯(Graphene,以下简称GR)复合纳米纤维薄膜的方法并对其压电性能进行了研究。首先,以复合薄膜为功能层设计并制备了柔性压电纳米发电机。使用扫描电镜(SEM)表征了复合纤维薄膜表面的微观形貌。其次,对各纳米发电机样品进行了压电响应对比实验,含0.2%石墨烯的P(VDF-TRFE)/GR纳米发电机的开路输出电压、短路输出电流峰值分别为12.3 V、1.41 μA,比纯P(VDF-TRFE)样品分别增加了大约2.0倍、2.2倍。此外,通过理论分析和周期激振测试探究了纳米发电机电响应输出的影响因素和规律,证实在激振器驱动信号150 mV^300 mV振幅、10 Hz^30 Hz频率的范围内,其开路输出电压随着其振幅和振动频率增大而增大,电容充电效率随其振幅增大而增大。

铁电共聚物P(VDF-TrFE)介电特性研究

利用最小二乘法 ,对辐照改性后 P(VDF- Tr FE)薄膜试样的介电常数谱进行 V- F关系模拟 ,得出该材料具有与自旋玻璃体系及弛豫铁电体类似的性质 .同时研究了其冻结温度随加工和辐照条件变化的规律 .研究结果表明 ,通过适当选择加工和辐照条件 。

0-3型PZT/P[VDF(77)-TrFE(23)]铁电复合物的非线性介电系数

用自建的非线性介电测试装置测得了０ － ３ 型ＰＺＴ／Ｐ［ＶＤＦ（７７） － ＴｒＦＥ（２３）］ 铁电复合物厚片在不同场强和温度下的线性和非线性介电系数。对于ＰＺＴ 体积含量Φ＞ ０ ．３ 的复合物，介电系数ε１ 随测试场强的升高显著增大。在Φ＜ ０ ．１ 时，可用Ｍａｘｗｅｌｌ－ Ｇａｒｎｅｔｔ 方程拟合实验结果。Ｂｒｕｇｇｅｍａｎ 方程适合于低电场（ ＜ １ ＭＶ／ｍ ） 下复合物介电系数的预测。随着退极化场系数Ｌｚ 的改变，用Ｙａｍａｄａ 模型可拟合不同场强下复合物介电系数随Φ的变化关系。ε１ 的温度依赖性显示了明显的热滞后效应。Φ值增大导致升温过程的居里温度Ｔｃ 降低。Φ＜ ０ ．３ 时，三阶非线性介电系数ε３ 随测试场强的升高而减小，而Φ＞ ０ ．４ 试样的ε３ 在６ＭＶ／ｍ 场强下出现极小值。高Φ值的复合物具有较大的ε３ 。高ＰＺＴ 含量的复合物在相变区出现较大的ε３值。ε３ 温度谱同样显示了与ε１ 类似的表观热滞后现象。

有机铁电P(VDF-TrFE)膜的铁电开关特性

借助原子力显微镜优异的空间分辨能力和微观压电铁电测定技术,研究了有机铁电P(VDF-TrFE)膜的微观铁电开关特性．结果表明,当激励电压的峰值高于材料矫顽电压时,观测到双峰振动现象,双峰振动的出现源自于铁电开关过程；当激励电压幅值略高于材料矫顽电压时,探测到振动双峰的发展过程和局域蝴蝶洄线的不对称生长,蝴蝶洄线左翼的生长速度明显滞后于右翼．当极化时间足够长时,两翼的生长达到饱和,呈现出对称结构．电极结构的不对称性(金、铝电极)导致陷阱电荷注入铁电膜内部的速率不同,从而产生不对称的蝴蝶洄线生长过程．空间电荷在有机聚合物铁电性形成过程中有重要的贡献．

自支撑P(VDF-TrFE)红外探测器（英文）

制备了具有自支撑绝热结构的Al/P(VDF-TrFE)/NiCr红外探测器单元,其中NiCr半透明膜作为探测器的上电极和吸收层.实验结果表明:P(VDF-TrFE)薄膜具有很好的铁电性和热释电性,其铁电剩余极化强度和热释电系数分别为7.1μC/cm^2和27μC/m^2K;探测器单元在10 Hz工作频率下对黑体温度500 K的辐射源的电压响应率和探测率分别为1500 V/W和5×10~7 cmHz^(1/2)W^(-1);通过对电压响应率随频率变化的实验数据进行拟合,得到探测器单位面积的热导和吸收率分别为2.5×10^(-3) W/cm^2K和0.1;利用P(VDF-TrFE)探测器单元可对目标物体实现热成像.

基于静电纺P(VDF-TrFE)/BaTiO_(3)压电复合薄膜的制备及其性能

为了探究压电纳米发电机在给电子设备供电领域的应用潜力,提出一种在湿度变化的条件下通过静电纺丝法制备聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))/钛酸钡(BaTiO_(3))复合纳米压电薄膜的方法。利用扫描电镜、X射线衍射仪对压电薄膜进行表征,并以薄膜为基材制备纳米发电机,利用激振设备对其压电性能进行评估。激振实验表明,当纺丝环境相对湿度为65%时,由P(VDF-TrFE)质量分数为10%、BaTiO_(3)质量分数为1%的纺丝液制备的复合薄膜纳米发电机的压电响应输出最高,相较纯P(VDF-TrFE)提高了约2.0倍。实验表明,该纳米发电机可从日常运动中收集能量并为单片机供电,因此其在给低功耗电子设备供电领域具有较大的应用潜力。

有机铁电共聚物P(VDF-TrFE)铁电极化反转机理的STM研究

本文用一种改装了的ＳＴＭ技术，可以直接观察到聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）的共聚物Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）的铁电畴。这一技术我们称之为“局域压电性”探测技术。通过测量有机铁电共聚物Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）样品的表面振动，我们可以清楚地分辨出正、负和非振动畴，并记录下极化反转过程中畴结构的变化。实验结果可以用一个“非平衡的四阱势”

P(VDF-TrFE)纳米纤维薄膜的柔性压力传感器

采用静电纺丝方法制备了不同含量的偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物(P(VDF-TrFE))纳米纤维薄膜。通过P(VDF-TrFE)纳米纤维薄膜和柔性电极的结合,设计制作了一种针对医疗和服饰等领域应用的新型柔性压力传感器。利用扫描电镜和X射线衍射分析的方法分别对P(VDF-TrFE)纳米纤维的形貌和晶体结构进行了表征,并通过自制的测试系统获得了柔性压力传感器的灵敏度。结果表明:静电纺丝得到的纳米纤维具有较高的结晶度和β相结晶含量,其中P(VDF-TrFE)(n(VDF)/n(TrFE)=77/23)纳米纤维的β相结晶含量达到了51.3%,同时这种纳米纤维薄膜具有柔软、透气和生物相容性好等优点;基于电纺纳米纤维的柔性压力传感器具有良好的响应性能。P(VDF-TrFE)(n(VDF)/n(TrFE)=77/23)压力传感器具有最高为60.5mV/N的灵敏度,接近于其塑性薄膜传感器,但塑性薄膜传感器的柔软性和透气性较差。

近场静电纺丝制备P(VDF-TrFE)压电纤维

采用近场静电纺丝法制备了P(VDF-TrFE)(聚偏氟乙烯PVDF和三氟乙烯TrFE的共聚物)压电纤维,研究了不同的电纺工艺参数对纤维直径和形貌的影响。结果表明,近场静电纺丝法的工艺参数对纤维形貌特征有决定性影响。其中,P(VDF-TrFE)电纺溶液的质量浓度对纤维的形成起决定性因素,当P(VDF-TrFE)电纺溶液质量比小于12%时,液滴下落过程中溶液中的溶剂挥发速度不够,导致电纺工作时溶液沉积到衬底前无法呈纤维状;在合适的驱动电压范围内,施加的电压越大,纤维直径越细;同样,采集器的移动速度越快,纤维的直径越细;电纺获得的P(VDF-TrFE)纤维直径可达(0.7~12)μm。此外,根据P(VDF-TrFE)自身的压电特性,给以纤维一定的弯曲形变,测试了电纺丝法制备的P(VDF-TrFE)纤维是否产生极化。实验结果表明,原位制备的纤维未能表现出明显的压电性。

电子辐照及再结晶P(VDF-TrFE)共聚薄膜红外光谱研究

利用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)研究聚偏氟乙烯与聚三氟乙烯共聚薄膜[P(VDF0.80-TrFE0.20)]的电子辐照和再结晶处理过程中分子链构型变化和化学变化,为深入探讨辐照的改性机理提供依据.研究发现,辐照后薄膜分子链全反构型百分含量随吸收剂量增大而迅速减少,TG构型和T3G构型百分含量显著增多.而当吸收达一定剂量时,三种构型相对含量基本不再变化,表明高剂量辐照时样品极性回升不依赖分子链构型中全反型的含量的增多,而是和高交联度的边界效应有关.再结晶过程中分子链构型变化恰好和辐照效应产生的变化相反,并且形成了更加稳定的C"C共轭结构.

CaCu_3Ti_4O_(12)/P(VDF-TrFE)复合材料的制备和介电性能研究

采用固相法制备了微米级CaCu_3Ti_4O_(12)(CCTO)粉体,将CCTO粉体作为填料与P(VDF-TrFE)(摩尔比为70/30)共聚物进行热压复合,主要研究了热压温度和CCTO填料含量对CCTO/P(VDF-TrFE)复合材料的微结构和介电性能的影响。CCTO/P(VDF-TrFE)复合材料中CCTO粉体较均匀地分散于P(VDF-TrFE)共聚物中,形成0-3型复合。随着热压温度的升高,P(VDF-TrFE)基体对CCTO陶瓷颗粒的包覆性增强,结合更紧密。随着CCTO体积分数的增加,CCTO/P(VDF-TrFE)复合材料的介电常数和介电损耗都有所增大,主要分别源于界面极化和填料自身较高的介电损耗。随着热压温度的升高,CCTO添料与P(VDFTrFE)共聚物结合更紧密,界面缺陷减少,复合材料的介电常数逐渐增大。而其介电损耗在一定的频率范围内随热压温度的升高变化不大。当CCTO体积分数为50%、热压温度为140℃时,CCTO/P(VDF-TrFE)复合材料介电性能最优。不同的复合材料介电理论模型对比表明,Yamada模型与实验数值重合度最高,可有效地预测CCTO/P(VDF-TrFE)复合材料的介电增强现象。

PZT/P(VDF-TrFE)纤维膜的静电纺丝制备及其性能

以锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)和聚(偏氟乙烯-三氯乙烯)(P(VDF-TrFE))共聚物为原料,利用静电纺丝的方法制备了PZT/P(VDF-TrFE)纤维膜。用扫描电子显微镜、精密阻抗测试仪和拉力试验机对纤维膜的形貌、电学性能、力学性能进行了表征。结果表明,适当地提升PZT的质量分数能有效提升纤维膜中纤维丝的均匀性。当PZT质量分数为4%时,纤维丝的均匀性最佳;静电纺丝方法能够得到低介电常数的PZT/P(VDF-TrFE)纤维膜,并且通过调节PZT的质量分数,可以保证纤维膜的介电常数在一定范围内变化。PZT颗粒的加入能够有效调节PZT/P(VDFTrFE)纤维膜的拉伸强度和断裂伸长率,当PZT质量分数为4%时,纤维膜具有最佳的综合力学性能,能够满足可穿戴设备的要求。