PVDF壓電傳感器及敏感單元設計關鍵技術

張 旭，覃 雙，楊舒棋，彭文楊，趙 鋒，于 君，鐘 斌

（1.中國工程物理研究院流體物理研究所，四川 綿陽 621999；2.中國工程物理研究院研究生部，四川 綿陽 621999）

傳感器技術、通信技術、計算機技術構成了現代信息技術的3大支柱。壓電式傳感器以頻響高、體積小、質量輕、頻帶寬等特點[1-3]，成為高技術領域中制備小型化及多功能化器件的重要元件之一。薄膜型壓電傳感器的敏感單元為鐵電聚合物薄膜，在電子、超聲、水聲、紅外、導航、生物等多個領域應用廣泛。早在19世紀40年代人們便開始了高分子聚合物壓電性能研究[4-6]，但直到70年代才將其制成壓電薄膜傳感器。壓電聚合物通常為非導電性高分子材料，從原理上看沒有可移動的電子電荷，但在某些特定的條件下（經延展拉伸、極化等），帶負電荷的引力中心可以被改變，從而成為具有壓電性的高分子壓電薄膜。常見的高分子壓電薄膜有聚氟乙烯（PVF）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚氯乙烯（PVC）、尼龍 11等。

動高壓聚合物薄膜測量技術的核心內容之一是敏感單元壓電性能研究[7-9]。PVDF傳感器的敏感單元是PVDF壓電薄膜。PVDF薄膜屬于半結晶的高分子聚合物，晶區至少存在4種晶型結構（α相、β相、γ相和δ相），其壓電性能直接與極性β相相關。在常溫常壓下，通過PVDF溶液揮發或熔融結晶得到的PVDF初始膜主要以非極性α相為主；對PVDF初始膜進行單軸拉伸或高電壓極化處理，可產生具有更多壓電β相的PVDF壓電薄膜。

本研究首先探討PVDF傳感器的設計和制作工藝，包括初始膜制備、單軸拉伸取向誘導壓電相、高壓熱極化試驗、封裝技術等；……