柔性PVDF电致动原理探究及应用
摘要：本文首先介绍了压电效应及新型压电换能材料PVDF，主要分析了其电阻、压电常数以及电致动原理，验证了其压电效应以及柔性驱动特性。该材料在振动检测、实时自发电领域具有很高的价值。本文也提出了一种通过PVDF实现人体机械能一电能转换的装置，对于能量的二次利用具有深远意义。
关键词：PVDF;压电效应;电致动原理;发电装置
1、压电效应概述
压电效应原理为：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态。
正压电效应如图1（a）所示，压电材料在机械力作用下会发生形变，内部产生极化现象，在材料体表面出现异性电荷，电荷密度与力的大小成正比，使'力“产生'电“。逆压电效应如图1（b）所示，将压电材料放置在外电场中，压电材料内部正负电荷的中心位置发生偏移，产生压电材料有形变量，使'电“产生'机械形变“。
2、PVDF电致动原理
PVDF（聚偏二氟乙烯）具有优良的压电效应，同时其可以切割为50um～240um之间的任意厚度，且厚薄均匀。目前市场上主流PVDF材料厚度为50um、105um、170um，两表面真空镀银（或镀铬），在60mm×60mm的面积内，厚度均匀度不超过4um。下面对PVDF电致动原理进行具体分析：
2.1、绝缘电阻
对于厚度为54um～240um的几种PVDF薄膜，用B&K2423型兆欧表，直流电压加到100V，在环境温度20℃，相对湿度67%的情况下，测量其绝缘电阻，均高于20000MQ，证明了PVDF具有相当好的绝缘性。
2.2、压电常数
压电常数是压电材料最重要的性能之一，它直接影响由它做成的传感器的电荷灵敏度。为了获得较高的灵敏度，要求PVDF材料的压电常数尽可能大，同时追求PVDF材料对温度的较低敏感度。
3、柔性PVDF薄膜标定
选择PVDF作为压电材料主要是因为其稳定性，即在使用时，电阻不应起伏变化，因为它会引入电噪声源。而PVDF材料的小断面特性很好地解决了这个问题。同时由于它的上、下焊片相互错开并彼此相对，使得有效面积（重叠电极）被精确定义，对于材料的标定以及电路系统的稳定性都具有特殊意义。
3.1、信号放大
同时由于柔性PVDF材料直接转换的电能较微弱（1.4V/g），普通方式难以正确采集也不稳定，所以需要外加电荷放大模块，本方案使用的放大模块型号为ICA10X，在PVDF标定时选定Piezo放大器。放大模块可以将被测...
|
== 试读已结束，如需继续阅读敬请充值会员 ==
|
|
本站文章均为原创投稿，仅供下载参考，付费用户可查看完整且有格式内容！
(费用标准：38元/2月，98元/2年，微信支付秒开通！) |
| 升级为会员即可查阅全文 。如需要查阅全文，请 免费注册 或 登录会员 |
|
