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压电高分子（高聚物）材料 Piezoelectric Polymer Materials 报告人： 符彩涛 学 号：157692196 材料工程 目录 压电高分子 主要应用 发展现状 应用前景 表征与模拟 1.发展现状 强度及韧性高、导电导热性好、抗冲击能力强 压电高聚物的发展已有三四十年的历史，但至今科技工作者对其压电性的成因及其性能的研究仍处于探索阶段。 1965 年 Harris 和 Allison 等实现了塑料的冲击感应极化，随后对生物高分子压电性的研究日益广泛。Peterlin 等在 1967 年观察了聚偏氟乙烯( PVDF)的ε值，也确认了它的压电性。 胡 南,刘雪宁,杨治中. 聚合物压电智能材料研究新进展[A]. 高分子通报,2004. 1972 年日本的北山、中村合作试制了 PVDF + BaTiO3 的柔性复合材料，又开辟了压电高聚物用于压电复合材料的新途径，使压电高聚物向实用化研究方向又迈出一步。 如今，PVDF 及其它压电高聚物已作为一种极有前途的新型压电材料制成各种压电元器件，开始向科技和产业方向拓展。 2.压电高分子 强度及韧性高、导电导热性好、抗冲击能力强 压电高分子材料是指能实现机械效应(压力)和电效应(电压)相互转换的高分子材料。 2.1 定义 压电薄膜传感器 2.压电高分子 压电高分子材料的分类： 2.2 分类 天然压电高分子材料 合成压电高分子材料 复合压电材料 结晶高分子+压电陶瓷 非晶高分子+压电陶瓷 压电复合材料晶片 2.压电高分子 强度及韧性高、导电导热性好、抗冲击能力强 2.3 性能 具有压电性； 柔而韧，可制成大面积薄膜，便于大规模集成化； 具有力学阻抗低，易于与水及人体等声阻抗配合。 2.压电高分子 强度及韧性高、导电导热性好、抗冲击能力强 2.3 性能 高聚物同时还具有高的强度和耐冲击性，显著的低介电常数，柔性，低密度，和由此带来的对电压的高度敏感性 （ 优异的传感器特性），低的声阻抗和机械阻抗（ 对于医学和水下应用至关重要）。 高聚物还具有较高的介电击穿电压，比压电陶瓷能够承受更高的极化电场和工作电场。 压电高聚物还可以实现在薄膜表面形成电极和选择性区域极化。 基于以上优良性能，高聚物压电材料在技术应用领域和器件配置中占有其独特的地位。 与压电陶瓷相比： 胡 南,刘雪宁,杨治中. 聚合物压电智能材料研究新进展[A]. 高分子通报,2004. 2.压电高分子 最有使用价值的压电材料 2.4 两种特有的材料 偶极取向可在冷却后被固定，能长期保持极化状态的聚合物电解质材料。 主要有两种类型： 一种是高绝缘性材料，如聚四氟乙烯和氟乙烯与丙烯的共聚物，它们具有相当好的保持注入电荷的能力。 另一种是可极化聚合物，子内存在永久偶极矩，这种材料极化后，在一定温度范围内可以保持其偶极子的指向性。 2.压电高分子 强度及韧性高、导电导热性好、抗冲击能力强 2.4 两种特有的材料 优良的压电高分子材料 密度为压电陶瓷的1/4 弹性柔顺常数要比陶瓷大30倍 柔软而有耐性、耐冲击，既可以加工成几微米厚的薄膜，也可以弯曲成任何形状，也利于器件小型化 声阻低，可与液体很好的配合 2.压电高分子 2.5 压电高分子的结构要求 压电效应是许多非中心对称的陶瓷、聚合物、生物体系的特性。 无论聚合物压电材料的形态如何 （ 半结晶或非晶）压电性能的产生对聚合物结构都有着五项基本的要求： 存在永久分子偶极 （ 偶极距）； 单位体积中偶极的数量 （ 偶极浓度 N）必须达到一定数值 分子偶极取向排列的能力 取向形成后保持取向排列的能力 材料在受到机械应力作用时承受较大应变的能力。 3.表征与模拟 3.1 表征 大多数用于压电陶瓷的压电性能表征的方法都适用于压电高聚物。 基于共振分析和等价电路的方法可以被用来表征半结晶 PVDF 和其共聚物， IEEE 标准中有所概述 。 共振分析应用于压电高聚物研究的细节问题在 Sherrit 和 Bar-Cohen 有所探究 。 由于 IEEE 标准方法对高聚物本性的损耗，还需要其他的表征技术来更精确地描述材料压电性能。 准静态直接法就是一种适应性很强的方法，能够充分研究聚合物压电响应。 这种直接方法尤其适于非晶高聚物的表征研究。 热激励电流测量（ TSC）方法