电流模技术在聚偏二氟乙烯压电传感器中的应用

应用电流模技术 ,采用具有有源电流反馈 ,高速、宽带的低噪高精度单片集成数放AMP 0 1,研究聚偏二氟乙烯 (PVDF)薄膜的压电效应、任意分布特性 ,建立压电特性方程 ,从而说明任意分布的集成智能结构触觉传感器模型 。

聚偏氟乙烯基柔性压电传感器的研究进展

随着智能化时代的到来,柔性压电传感器作为传感器的主要类型之一,是感知信息、发出信号的关键,柔性压电材料的选择与传感器的性能参数密切相关。与传统的压电材料相比,聚偏氟乙烯(PVDF)在柔性、可拉伸性、化学稳定性、机电转换、易用性和声传播阻抗方面具有显著优势,因此PVDF成为研究的热点。详细介绍PVDF柔性压电式传感器的工作原理,全面介绍了不同类型基于PVDF的柔性压电式传感器,分析了其优缺点及发展前景,为高性能、多功能的柔性PVDF压电传感器提供一些启示。

聚偏二氟乙烯压电泡沫支架制备及其骨诱导活性

背景:骨是一种天然压电材料,具有仿生压电效应的组织工程材料可应用于骨组织缺损的修复。目的:基于固相力化学技术制备一种有促成骨能力的压电支架材料,表征其对成骨细胞黏附、增殖和成骨分化能力的影响。方法:通过固相剪切碾磨技术混合不同质量比例的聚偏二氟乙烯及NaCl粉体(质量比分别为60∶40、50∶50、40∶60、30∶70),熔融下形成块状材料后通过纯水溶解去除NaCl,最终制备得到具有不同孔隙率的聚偏二氟乙烯压电泡沫支架(依次命名为PVDF-40、PVDF-50、PVDF-60、PVDF-70)。表征各组支架表面形貌、晶相构成、热力学行为、机械性能、压电性能。将4组支架分别与MG63细胞共培养,检测支架的生物相容性及促成骨分化能力。结果与结论:①扫描电镜下可见4组支架具有多层级孔隙,随着混合粉体中NaCl质量分数的增加,支架的孔隙率升高;X射线能量色散谱、X射线衍射图谱、傅里叶变换红外光谱及热失重分析结果显示,4组支架材料主体为不具压电性的α相,固相力化学激发出更多β相,以增强其压电性能,其中PVDF-60组β相含量占比最高;循环压缩测试及压电性能测试结果显示,PVDF-60组相较其他组拥有更高的压缩强度和压电性能;②扫描电镜与激光共聚焦显微镜下可见MG63细胞良好地黏附于4组支架表面,细胞形态良好并伸出较多的伪足、分泌大量细胞外基质;CCK-8实验显示,PVDF-60组培养4 d的细胞增殖吸光度值高于其他3组(P<0.0001);碱性磷酸酶染色及茜素红染色显示,PVDF-60组碱性磷酸酶表达与钙化结节数量均高于其他3组(P<0.01,P<0.0001);③聚偏二氟乙烯压电泡沫支架均具有较好的细胞相容性,其中PVDF-60组具有更优异的力学性能、压电性能和骨诱导能力。

聚吡咯改性钛酸钡纳米颗粒/聚偏氟乙烯复合压电薄膜的制备及性能分析

为解决钛酸钡(BT)/聚偏氟乙烯(PVDF)复合材料中两相材料间介电差异较大和BT难极化的问题,先以吡咯(Py)为聚合单体,通过细乳液聚合法制备聚吡咯改性BT(记作BT@PPy)纳米颗粒,然后将此作为纺丝液组分,利用静电纺丝法构筑BT@PPy/PVDF复合压电薄膜;进一步将铜箔电极贴于复合压电薄膜上下表面,制备BT@PPy/PVDF压电纳米发电机。采用FT-IR、TEM和XRD等手段分析BT@PPy纳米颗粒的结构和形貌,测试复合压电薄膜的压电常数和压电纳米发电机的输出电压。结果表明:PPy成功包覆BT纳米颗粒,形成核壳结构;添加质量分数为1%的BT@PPy纳米颗粒填料,静电纺丝所得复合压电薄膜的剩余极化由未改性前的0.125μC/cm^(2)提升至0.472μC/cm^(2),压电常数从12 pC/N增加到23.2 pC/N;所制纳米发电机输出电压从0.2 V提升到2.5 V,对外部压力感知敏感。聚吡咯对BT纳米颗粒的改性,提升了BT/PVDF复合压电层中BT的极化程度和压电层的压电常数,从而提高了所制压电纳米发电机的输出电压。研究结果可为制备高压电输出的压电纳米发电机提供有益参考。

氧化石墨烯-壳聚糖-钛酸钡/聚偏氟乙烯-三氟乙烯压电复合涂层对人脐带间充质干细胞成骨分化的影响

目的:探讨氧化石墨烯-壳聚糖改性的钛酸钡纳米颗粒(BCG-NPs)与聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))复合压电材料对人脐带间充质干细胞(hWJ-MSC)成骨分化的影响。方法:采用滴涂法在钛表面制备BCG-NPs/P(VDF-TrFE)涂层(BCGP-Ti),对其表面形貌、物相组成、亲水性和压电性能进行表征。通过模拟体液浸泡实验检测样本体外矿化的能力。将hWJ-MSC接种在样本表面,采用CCK-8检测细胞活力,细胞骨架染色观察hWJ-MSC铺展情况,碱性磷酸酶(ALP)和茜素红染色分别评估ALP活性和矿化水平,实时荧光定量PCR和免疫荧光染色检测成骨分化相关基因和蛋白表达。将Ti棒与BCGP-Ti棒分别植入SD大鼠股骨,Micro-CT和组织学染色观察骨整合效果。结果:扫描电镜和X射线衍射分析证实BCGP-Ti涂层成功构建。极化后BCGP-Ti具有良好的压电响应,其亲水性优于Ti和未极化的BCGP-Ti(P<0.01),体外矿化的能力高于Ti和未极化的BCGP-Ti(P<0.01)。hWJ-MSC在极化后BCGP-Ti表面铺展的面积较Ti组增加(P<0.05)。与Ti相比,极化后BCGP-Ti促进hWJ-MSC矿化水平、ALP以及Ⅰ型胶原蛋白(COL1)、Runt相关转录因子(RUNX2)、骨钙素(OCN)等成骨分化相关基因和蛋白的表达(P<0.05),在体内实现更好的骨整合。结论:在钛基表面构建BCG-NPs/P(VDF-TrFE)涂层可诱导hWJ-MSC成骨分化促进骨整合。

石墨烯/聚偏二氟乙烯界面导热性能的模拟研究

采用分子动力学模拟方法,定性分析石墨烯取向对石墨烯/聚偏二氟乙烯(PVDF)复合材料界面热导的影响,研究石墨烯边缘功能化及其比例与石墨烯/PVDF界面热导之间的关系.研究结果表明调节石墨烯在复合材料中的取向程度及对石墨烯边缘功能化有利于提高石墨烯/PVDF复合材料界面热导.模拟结果为设计和制备高导热复合材料提供新的思路和见解.

电纺压电聚偏二氟乙烯有序纳米纤维及其在压力传感器中的应用

针对传统静电纺丝法制备聚偏二氟乙烯（PVDF）压电纤维工艺复杂和效率低等问题,提出了采用滚筒收集方式制备PVDF有序纳米纤维的方法。通过改变滚筒转速收集纤维,得到了有序程度不同的PVDF纤维膜。用傅立叶变换红外光谱（FTIR）分析了有序纤维膜β晶相的含量,并利用NI数据采集卡在相同条件下测试了纤维膜的压电特性。结果表明：随着滚筒转速提高,纤维有序度增强,β相的含量提高,压电电压输出也明显增大,由此得知滚筒转速变化对β晶相的含量及压电输出电压的影响规律基本一致。基于得到的结果,设计制作了利用该有序PVDF纤维膜的压力传感器,并在不同气压下进行了动态响应测试。结果显示：所制备的PVDF有序纤维压力传感器在0.145-0.165 MPa下的电压输出随气压的增加呈线性增大,表现出了良好的线性度,其灵敏度达179mV/kPa。采用该种方法制备PVDF纤维对研制动态压力传感器极有意义。

压电膜中聚偏二氟乙烯β相形成和含量提高的研究进展

聚偏二氟乙烯(PVDF)作为一种优秀的聚合物压电材料能够达到工业或日常应用的需求,同时还具有优良的柔韧性、耐候性、耐冲击性和生物相容性,环境适应能力强,在压电应用领域拥有巨大的市场潜力。作为一种半结晶高分子材料,PVDF的压电性主要来源于其内部全反式TTTT构象的β相。因此,对PVDF的β相含量的提高是研究和提高PVDF压电性能的重要途径。本文旨在简要总结PVDF的β相形成和含量提高的主要策略,从原料选择、制备工艺和后处理方法等方面综述了影响PVDF中β相含量的因素,分析各种策略的优势与不足,并对未来发展趋势进行了展望。

聚偏二氟乙烯膜的压电仿真及结构优化

聚偏二氟乙烯(PVDF)可用于设计贴合人体的柔性压力传感器,具有广泛的研究和应用前景。但PVDF的压电常数低,传感器灵敏度受到限制。为了研究PVDF膜在应用于压力传感器时的压电性能,利用COMSOL建立压电仿真模型,计算稳态下PVDF膜承受低压力载荷产生的电势、表面电荷密度及应力分布。对比仿真结果与理论计算值,验证了所建立的仿真方法和仿真模型的正确性。仿真发现,采用刚性基底的PVDF膜在长、宽方向产生的应力对压电性能有减弱作用,进一步验证了通过缩减PVDF膜的长、宽,可以提升压电性能的几何结构优化方法。此外,仿真对比了刚性、柔性基底下PVDF膜的应力状态,并发现柔性基底下的应力状态可导致明显更高的压电输出。该研究结合了仿真方法与压电理论,可以为PVDF材料的其他基础研究提供方法参考,研究结果可以为PVDF柔性压力传感器的结构设计和优化提供启发,以期获得更高的传感器灵敏度。

聚偏氟乙烯压电纤维的制备工艺及其压电特性研究进展

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种压电性能优异的聚合物,具有耐化学腐蚀性、耐磨性、高介电强度等优点。不同于常见的PVDF压电薄膜类产品,PVDF压电纤维具有灵敏度高等独到优势。本文介绍了PVDF的压电机理,综述了近年来国内外学者在利用各种纺丝法制备PVDF压电纤维时,通过改变纺丝方法、纺丝参数、纺丝添加剂及后处理条件,提高PVDF纤维的压电性能。

静电纺聚偏二氟乙烯纤维膜的制备及其在油水分离中的应用

选择性透过膜用于油水分离具有能耗低、装置简便、易操作、效率高的特点,其核心在于采用过滤效率高及使用寿命长的膜材.本文采用了高压静电纺丝工艺,以聚偏二氟乙烯(PVDF)为原料,制备一种超疏水、结构可调控的电纺PVDF膜(EPVDF膜).利用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)、粉末X-射线衍射(XRD)、X-光电子能谱(XPS)等对EPVDF膜进行了形貌成份的表征,采用水接触角(WCA)对膜材表面特性进行了测试.结果表明,电纺PVDF膜的油水分离效率可达95%以上,对三种油水混合物均可实现30次以上的有效分离,其最大油通量可达到5 300 L/(m^(2)·h).

基于聚偏氟乙烯及射频识别技术的智能压电传感器设计

在分析智能压电材料聚偏氟乙烯的基础上,根据正压电效应的原理,结合现代微电流放大技术及智能射频识别芯片,设计了一款具有多功能的智能压电传感器,并对该传感器进行试验验证。结果表明,它能根据应变的大小输出变化的电压,具有智能化,无线和有线2种数字信号输出,体积小的特点,应用前景广泛。

防护口罩用改性长效聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)压电纤维膜的制备及其性能

聚丙烯(PP)熔喷布表面自由电荷易在湿气等作用下流失,导致过滤层及口罩快速失效。针对以上问题,采用静电纺丝技术在PP熔喷布基体上制备压电聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))纤维层,得到PP熔喷布/P(VDF-TrFE)改性过滤层。探究了纺丝工艺对压电纤维形貌和结构的影响,进一步分析了改性过滤层经过水洗、蒸汽等耐久性处理后的静电压、烟雾过滤效率和透气性的变化。结果表明:PP熔喷布/P(VDF-TrFE)改性过滤层对PM_(2.5)的过滤效率较PP熔喷布提高了25%,在进风量为85 L/min时的过滤效率提升了27.5%;经过2次水洗、紫外线照射、蒸煮消毒等方式处理后的改性过滤层,其表面电荷具有多次弯折后可再生的特点,过滤效率维持在90%,有效提高了口罩的防护效率和使用寿命,压电材料在外力作用下可产生束缚电荷,改善了过滤层负载电荷的稳定性,从而提升了口罩防护的长效性和安全性。

聚偏氟乙烯纳米纤维的结构调控及其在生物医学领域应用研究进展

为促进聚偏氟乙烯(PVDF)基纳米纤维在生物医学领域的应用,首先阐述了PVDF压电效应产生的关键在于其偶极子的取向排列,进一步以PVDF纳米纤维为研究对象,分析了纳米纤维的偶极子与纤维表面极性电荷的键合作用机制;归纳总结了随机分布型、取向排列型、中空以及图案化PVDF纳米纤维的结构调控;重点讨论了石墨烯、氧化锌、钛酸钡以及碳纳米管等各种掺杂材料对静电纺PVDF复合纳米纤维薄膜压电性能的影响,并详细介绍了其在伤口敷料、药物载体以及组织工程等生物医学领域的应用。研究指出结构调控和添加剂掺杂以及2种方法的组合是提高PVDF压电性能的有效方法,有望进一步拓展PVDF基纳米复合压电材料在生物医学领域中的应用。

基于聚偏二氟乙烯传感器的斜拉桥损伤识别

斜拉索是斜拉桥的一个重要组成部分 ,是斜拉桥的主要承载部件。斜拉桥桥跨结构的质量和桥上活载绝大部分或全部通过斜拉索传递到索塔上。实时监测分布于大桥上的桥索张力变化 ,对于了解斜拉桥的健康状态 ,确保斜拉桥的安全是至关重要的。聚偏二氟乙烯 (polyvinylidenefluoride)传感器通过监测应变得到拉索的振动信号 ,采用数字信号处理芯片实现振动信号的快速傅立叶变换 ,利用变换得到的振动频率计算出拉索的张力 ,实现斜拉索张力的在线测量。将桥索张力的变化输入到神经网络中进行斜拉桥损伤识别 ,取得了良好的实验结果。

聚偏氟乙烯压电薄膜制备方法研究进展

聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜在可穿戴器件、能量收集和工业无损检测等领域有着广泛应用。PVDF是一种多晶型的高分子,具有压电活性的β晶型控制是制备高性能压电薄膜的关键,因此研究人员一直在寻找各种高效、安全的方法控制材料内部结构制备高性能PVDF压电薄膜。本文从前驱体薄膜制备、拉伸处理和极化激活压电性等方面,综述了近年来PVDF压电薄膜制备方法取得的新进展,分析表明现阶段PVDF压电薄膜的制备发展总体方向是探索更加高效、简便的薄膜制备流程、提升压电性能以及拓展更高温度应用范围。

退火处理对柔性压电材料聚偏氟乙烯基电介质的压电性能影响研究

本文从聚偏氟乙烯基聚合物压电效应的晶体结构基础出发,研究不同退火温度(60~160℃)对薄膜样品表面结晶形貌、结晶尺寸、结晶度,以及关键介电参数包括极化响应曲线和压电系数的影响规律。结果表明:在60~140℃范围内,随着退火温度升高,样品结晶尺寸增大、结晶度提高,从而在极化曲线中表现出更高的剩余极化强度和滞回度,同时压电系数随退火温度升高从11 pC/N增大至27 pC/N。而当退火温度达到160℃时,样品表面出现裂痕缺陷,极化过程较容易发生击穿,且压电系数分散性较大。

温度对聚偏氟乙烯压力传感器灵敏度的影响

聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的热电效应对PVDF压力传感器的输出灵敏度影响较大。通过对研制的PVDF压力传感器灵敏度受温度影响的试验研究得出:传感器的灵敏度随温度增加而增大,两者关系是一条曲线;在-20～60℃范围内其热灵敏度漂移系数是个常数,其值为0.007619℃;利用室温时传感器校准得出的输出灵敏度,用公式可以计算出-20～60℃范围内任何温度时的灵敏度,从而实现了传感器灵敏度受热电效应影响的修正。

改性聚偏二氟乙烯超滤膜的制备及抗蛋白质污染效能分析

本研究以聚偏二氟乙烯(PVDF)为聚合物,聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)为致孔剂,N,N-二甲基甲酰胺为溶剂制备高性能的超滤膜材料。通过添加无水三氯化铁(FeCl_(3))和无水氯化锰(MnCl_(2))改性剂到聚合物溶液中,再在氢氧化钠溶液中进行相转化制得改性超滤膜,并通过对比原膜与改性膜浸入单宁酸(TA)一定时间前后的性能变化来对改性膜进行评价。研究结果表明:在PVDF为8.0 g,PVP-K30为1.0 g,N,N-二甲基甲酰胺溶液为31 mL,改性剂为2.0 g无水FeCl_(3)且未浸泡单宁酸时水通量达到307 L/(m^(2)·h),腐殖酸截留率为85%,水通量恢复率为54%。改性剂为2.0 g无水MnCl_(2)时,水通量为87 L/(m^(2)·h),腐殖酸截留率为93%,水通量恢复率为86%。综合比较,选取PVDF-Fe膜为此次实验中最佳超滤膜。

聚偏氟乙烯膜光导纤维乙醇传感器的研制

聚偏氟乙烯膜光导纤维乙醇传感器的研制冯业铭１＊康琪２王永志１（１中国矿业大学煤综合利用系徐州２２１００８，２山东矿业学院济南分院化工系济南）关键词乙醇，传感器，聚偏氟乙烯膜，光导纤维１９９６－０３－１９收稿，１９９６－０７－２６修回光导纤维化学传感器...