基于溶液法制备的PVDF及PVDF-TrFE柔性压电传感器阵列

柔性压电式传感器动态范围宽、灵敏度高、机械性能好,其中以聚偏二氟乙烯(PVDF)及聚偏二氟乙烯三氟乙烯(PVDF-TrFE)材料制备的压电传感器作为代表,倍受柔性电子制造领域的关注。使用PVDF和PVDF-TrFE乳胶溶液法,通过优化旋涂工艺在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性基底上制备了压电薄膜,并采用丝网印刷工艺制备了厚度均匀、各阵列点性能一致的4×4 PVDF和PVDF-TrFE压电传感器阵列。通过自主搭建电晕极化系统对实验样品进行极化,以提高其压电性能。该系统可在6 min内完成传感器的极化,具有效率高、极化均匀性好等优点。通过对溶液法制备的压电薄膜进行Fourier变换红外吸收光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)谱、扫描电子显微镜(SEM)图及传感器压电性能测试,结果发现电晕极化后压电薄膜的材料特征(β相)明显提高,电晕极化后PVDF-TrFE传感器的峰值电压从310 mV提升到431 mV,其4×4传感器阵列的压电系数(d_(33))为32.90 pC/N,相比未电晕极化传感器阵列的提高0.4倍。通过100次弯曲循环,制备的柔性传感器的压电性能无明显变化,从而充分证明了用溶液法制备的PVDF和PVDF-TrFE柔性传感器具备可靠性和可重复使用性。