电泳沉积PVDF/Al/CuO复合含能薄膜及其燃烧性能研究

基于含氟聚合物的强氧化及含氟量高的特性,以聚偏二氟乙烯(PVDF)为代表,通过电泳技术,采用石胆酸(LCA)作为表面活性剂,制备了PVDF/Al/CuO有机/无机杂化含能薄膜,并对其组分、结构、形貌及含能特性进行了系统的表征。结果表明:PVDF电泳沉积过程中石胆酸的最佳添加剂量为3mL(1wt%);当PVDF添加量为2wt%时,PVDF/Al/CuO复合薄膜的燃烧性能最好,热释放能量达3924J/g,远远高于Al/CuO的热释放能量。产生上述实验结果的主要原因是PVDF本身具有氧化特性,能够与铝发生化学反应,释放热量;此外,PVDF热分解产生的氟能够腐蚀铝表面的钝化膜,进而释放活性铝,极大提升了Al/CuO体系的能量释放效果。

基于ZnO@rGO/PVDF柔性复合薄膜的压电纳米发电机

采用简单的一步水热法合成了自支撑的氧化锌纳米棒(ZnO NRs)@还原氧化石墨烯(rGO)复合材料,通过旋涂法制备ZnO@rGO/聚偏二氟乙烯(PVDF)柔性复合薄膜压电纳米发电机。研究结果表明,ZnO@rGO/PVDF柔性复合薄膜压电纳米发电机的输出性能随ZnO@rGO掺杂质量先增大后减小,当ZnO@rGO的质量分数为3.0%时,输出电压可达9.06 V,输出电流可达0.74μA,与仅掺杂3.0%ZnO NRs的ZnO/PVDF纳米发电机相比,其输出电压和电流分别提高了120%和124%。当负载电阻为10 MΩ时,ZnO@rGO/PVDF柔性复合薄膜压电纳米发电机输出功率最大为5.79μW。经过4000次循环测试表明,该文所制备ZnO@rGO/PVDF柔性复合薄膜压电纳米发电机的输出性能稳定。该纳米发电机可以监测人体行走和跑步姿势,记录运动次数。有望作为自供电压力传感器件植入可穿戴电子设备中。

BTO NWs/PVDF柔性复合薄膜的制备及其压电性能研究

该文通过两步水热法制备了钛酸钡纳米线(BTO NWs),采用旋涂法与聚偏氟乙烯(PVDF)复合制备BTO NWs/PVDF复合薄膜。系统地研究了水热反应中不同NaOH浓度、不同反应时间及不同BTO NWs掺杂量对BTO NWs/PVDF复合薄膜压电输出性能的影响,并与商用钛酸钡纳米球(BTO NPs)制备的BTO NPs/PVDF复合薄膜进行了压电性能对比。结果表明,当NaOH浓度为10 mol/L,反应时间为10 h时,BTO NWs/PVDF复合薄膜开路电压和短路电流分别可达5.42 V和1.81μA。当BTO NWs掺杂量(质量分数)为20%时,复合压电薄膜的开路电压可达9.34 V,短路电流可达2.15μA,分别是BTO NPs/PVDF复合薄膜输出电压和电流的1.92倍和1.49倍。当负载电阻值为5 MΩ时,BTO NWs/PVDF复合薄膜输出功率可达1.44μW。经过4000次循环敲击测试,BTO NWs/PVDF复合薄膜表现出良好的机械稳定性,其有望在自供电器件、柔性可穿戴电子设备等领域得到广泛应用。

Preparation and Characterization of Polymeric PVDF/PDDA Ultrathin Films

A new method for the production of nanoscaled polymeric multilayer films of ferroelectric PVDF is presented.The ultrathin multilayer films of poly diallyldimethylammonium chloride (PDDA) and polyvinylidene fluoride (PVDF) have been prepared on fuzed quartz substrate by the layer-by-layer self-assembly (LbL-SA) method.The PDDA/PVDF multilayer films with the thickness of 30 nm to 150 nm have been characterized by quartz crystal microbalance (QCM) and infrared spectra (IR) The QCM reveals that the alternant ultrathin films of PVDF and PDDA are well order assembled.The electric property of the ultrathin PDDA/PVDF multilayer films at room temperature is investigated.Experimental results show that property of ultrathin films differed from that of the thick films.

直写成型制备PVDF薄膜的电学性能

本文采用直写成型(DIW)制备聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜。研究了打印墨水的流变性能,并通过SEM、FTIR、DSC、介电性能、铁电性能和压电性能测试,系统研究了工艺参数对材料性能的影响。结果表明,采用打印针头规格为27G,打印速度为20 mm/s的打印参数制备的薄膜,其有效β相含量为52.38%,相比于溶液流延法制备的薄膜提升了51.47%,高β相含量改善了薄膜的电学性能。这主要归因于打印针头处产生的牵伸力以及挤出时产生的剪切力对PVDF分子链的定向作用。在手指敲击测试中,随手指距离传感器高度的增加,响应的压电输出电压近似线性增加,制备的传感器具有78 mV/N的灵敏度,这与采用传统溶液铸造并电极化处理的薄膜性能相当。说明本实验制备的无极化传感器,在微小形变监测中具有应用潜力。

封装厚度和位置对PVDF压电薄膜传感器电荷量的影响

近年来,聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜传感器因可无源供电而得到广泛研究。PVDF压电薄膜传感器在使用时会进行封装,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜是常用的封装材料。为了探究封装材料厚度和封装位置对传感器响应电荷量的影响,设计了6种封装厚度和封装位置不同的传感器,在不同频率下测定其产生的电荷量。结果表明:在0~20Hz和80~100Hz范围内,选择100μm或125μm的封装厚度可得到更多的电荷量;封装位置同样会影响电荷量的产生。同时分析了封装位置影响传感器产生电荷的机理。

PVDF薄膜传感器用于测试块状岩石表面爆炸应力的研究

采用PVDF(聚偏二氟乙烯)薄膜传感器对岩石表面爆炸应力进行测量,并分析炮孔内不同填塞介质对爆炸应力波在岩石介质中传播的影响。在直径为28 mm、孔深为25 cm的炮孔内填塞不同的介质(空气、水或沙子),采用不同的装药结构分别进行爆破试验,通过PVDF薄膜传感器得到了不同工况下岩石表面应力波时程曲线。分析炮孔内不同填塞介质对爆炸应力波透射的影响发现,水作为炮孔填塞介质时,爆炸应力波透射能力强,炸药爆炸产生的能量用于岩石破碎的比例高。水作为炮孔填塞介质时,为达到岩石开裂效果,装药结构设计为1发8^(#)雷管加2 g传爆药(聚黑-14);当沙子作为炮孔填塞介质时,为达到岩石的开裂效果,装药结构设计为1发8^(#)雷管、2 g传爆药(聚黑-14)和20 g炸药(聚黑-2);前者炸药用量仅为后者的15.3%。炸药使用量减少,也降低了爆破次生危害的影响程度。用PVDF薄膜传感器在岩石表面直接测量爆炸应力的方法是可行的。

联合收获机谷物损失测量PVDF阵列传感器设计与试验

实时监测谷物收获时的损失率具有重要意义。采用聚偏二氯乙烯(PVDF)压电薄膜作为传感器敏感材料,设计了阵列式PVDF传感器及相应的信号调理电路,同时利用该传感器得到了籽粒损失的空间分布。分别选择3种不同含水率的水稻籽粒进行试验并给出了试验测试结果,结果表明不同含水率的水稻样品,传感器的测量误差均在5%左右。

柔性薄膜复合形状记忆合金弹簧驱动器

针对形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)材料在使用过程中因其较低的响应频率而很难应用于高频率场所问题,在聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,简称PVDF)薄膜中引入锆酸铅钡(Pb_(0.8)Ba_(0.2)ZrO_(3),简称PBZ)纳米陶瓷纤维制备柔性薄膜,并与NiTi合金弹簧复合制得PBZ/PVDF@SMA复合驱动器,通过薄膜的电卡效应加热及冷却SMA丝,与传统电流加热及自然冷却方式进行了对比。结果表明,缩短了SMA丝循环周期,提高了其响应频率,有利于扩大SMA的适用场所。

国产PVDF压电薄膜的冲击加载及卸载响应研究

对两种厚度的国产PVDF压电薄膜,用轻气炮和激波管进行了冲击加载应力 电荷曲线的标定,并与其它若干种国内外的PVDF标定曲线进行了对比和分析;采用阶梯卸载和同时测量质点速度的方法,研究了PVDF压电薄膜的冲击卸载响应特性,发现有明显的滞后效应存在。

PVDF薄膜的极化及其电性能研究

利用傅里叶红外光谱(FTIR)、示差扫描量热分析(DSC)、电滞回线和漏电流的分析,研究热极化和电晕极化对PVDF薄膜电性能的影响。结果表明,热极化和电晕极化都可以提高PVDF薄膜的铁电性能,但是不同的极化温度、极化电场强度和极化时间使得PVDF薄膜具有不同的漏电流性能。在强电场作用下,热极化的温度更高,时间更长,偶极电荷的沿电场取向更完全,晶型向晶型的转变更彻底,因此剩余极化值、结晶度和晶型的含量均高于电晕极化后的薄膜。热极化中注入的空间电荷主要被PVDF的深阱俘获;而电晕极化过程中大量的空间电荷被聚合物材料的浅阱俘获。浅阱俘获的空间电荷稳定性要弱于深阱中的电荷,因此电晕极化的PVDF薄膜的漏电流需要更长的稳定时间。

PVDF压电薄膜的结构、机理与应用

简要论述了聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜材料的结构与性质,介绍了薄膜压电性产生的机理及其制备方法,概述了PVDF压电材料的应用。

基于PVDF的金属构件裂纹监测研究

利用聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜响应快、可用于面监测的独特优点,对金属构件的裂纹萌生与扩展、断裂全过程进行了监测实验研究。PVDF压电薄膜监测的裂纹信号出现明显的脉冲特征,通过分析该特性信号表明,PVDF可方便地捕捉到构件裂纹萌生与扩展的瞬间信号,可为结构的安全评定与损伤定位提供可靠的信息。

基于PVDF的拉伸状态下平板结构表面裂纹损伤检测实验研究

针对处于拉伸载荷作用下的平板结构表面裂纹,提出一种利用PVDF(polyvinylidene fluoride)压电薄膜测量结构表面裂纹深度的实验方法。首先,从无限体埋藏裂纹表面法向位移间断的解析解入手,推导结构表面裂纹张开位移和深度之间的关系表达式,并通过三维有限元数值分析对表达式进行验证。其次,将PVDF压电薄膜直接粘贴在表面裂纹上,采用非接触式静电电压表测量薄膜表面因裂纹张开位移产生的感应电压,从而反推出裂纹张开位移量,并进一步根据已建立的关系表达式计算表面裂纹深度。最后制作一个表面半椭圆片状裂纹模型,通过实验对提出的测量方法的可行性及精度进行验证。文中提出的方法目前只能应用于平板结构表面裂纹在均匀拉伸状态下的深度测量,因为该方法的理论基础是基于均匀拉伸载荷作用下的埋藏裂纹表面法向位移间断的解析解,并只对平板结构形式的边界效应系数进行研究。

PVDF压电薄膜振动传感器及其信号处理系统

建立了测量振动的ＰＶＤＦ压电薄膜敏感元件的等效模型与传感方程，介绍了测量信号处理系统的结构、功能和用于机敏柔性梁上的实验结果，并给出了与加速度传感器测量结果的比较。

PVDF计在水中爆炸近场压力测试中的应用

为得到炸药水中爆炸冲击波在一定近场范围内的压力剖面曲线和峰值压力随传播距离的衰减规律,采用在炸药起爆轴线上布置4个PVDF计测量冲击波压力以及在相同实验情况下对炸药轴线上冲击波轨迹进行高速扫描的方法,研究了PVDF计测试近场压力的可行性。结果表明,PVDF计可以用于水中爆炸近场冲击波压力的测量,在量程允许范围内,能得到较准确的冲击波压力峰值;在冲击波强度小于4GPa的情况下,得到了冲击波的压力衰减历程,获得近场压力剖面曲线,对评估舰船抗爆性能具有重要意义。

自制PVDF薄膜压力传感器标定

PVDF(聚偏氟乙烯)及其共聚物压电计具有响应快、灵敏度高、测压范围宽等特点,是一种理想的冲击压力传感器。该文利用PVDF压电薄膜自制薄膜传感器,并进行落锤动态标定实验,实验结果表明,该薄膜传感器具有相当高的线性拟合度和较好的重复性,可以用于低压段冲击波压力测量。

PVDF压电薄膜在足底压力测量中的应用

根据测量的需要,该文将聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜应用于足底压力测量。以16点PVDF压电薄膜传感器阵列为例,详细介绍了PVDF压电薄膜的工作原理及其传感器阵列的制作过程,并设计出相应的信号调理电路,给出了实验测试结果。实验表明,PVDF压电薄膜具有较好的灵敏度、稳定性及重复性,能可靠采集到足底压力信号,适合于足底压力测量。

PVDF土压力传感器

为适应土中动态压力测试的需要,研制了PVDF土压力传感器;介绍了传感器的测压工作原理及传感器的结构,并给出了传感器在某爆炸冲击试验中的应用情况;试验表明,PVDF压力传感器适合于爆炸荷载作用下土中压力测量。

谐振频率可调式PVDF膜声频定向换能器

提出了一种谐振频率可调的聚偏二氟乙烯(PVDF)膜声频定向换能器的结构设计方案,用以解决困扰声束扬声器输出功率低的问题,并通过理论研究给出了该类换能器主要设计参数的理论计算公式。实际制作出的换能器频率测试结果表明,采用该方法能得到符合预期设计要求的较为精确的换能器谐振频率,这对于缩短声束扬声器的研发周期、降低开发成本、提高输出功率都具有较为重要的意义。