压电聚合物微波处理工艺研究
编号:55
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更新:2025-08-11 15:38:38 浏览:8次
张贴报告
摘要
近年来随着可穿戴器件及系统的发展,基于压电材料的各类传感器件和能量收集器件日益受到关注。与无机压电晶体或陶瓷相比,以聚偏二氟乙烯PVDF为代表的压电聚合物具有易加工、处理温度低、柔性、生物兼容等特点,展现大的应用前景。然而,压电聚合物的压电系数相对较低,限制了其传感灵敏度和能量收集效率。压电聚合物中晶粒嵌入非晶网络形成半晶态结构。通常需要后退火处理以提升其电学活性。传统的退火工艺利用热板、马弗炉等通过热传导和对流将热量传递给材料,能耗高、耗时(通常在几十分钟甚至几个小时内)且易导致温度分布不均。
在过去的几十年里,微波加热或微波退火(MWA)已广泛应用于材料合成、干燥、烧结和制造等各领域,以优化有机和无机材料的表面结构、结晶度等性能。微波辐射具有穿透性和同时性特点,其用于微波热处理则具有加热均匀、低能耗且节省时间等优势。
我们团队首次将微波热处理应用于压电聚合物P(VDF-TrFE)薄膜的晶化处理过程。该工艺不仅促进了铁电晶相的形成,而且显著缩短了退火时间,降低了能耗。微观结构、铁电和压电特性分析表明,存在最佳的MWA时间,而最佳MWA时间取决于薄膜厚度。经过120 s MWA处理后,2μm厚的共聚物薄膜呈现0.09 C/m2的剩余极化以及28 pC/N的d33系数。 经PDMS封装后,MWA处理的压电薄膜的d33系数进一步提高到49 pC/N(50Hz-1kHz之间)。相关器件进一步用于人体生理活动监测、非接触的热物体感知以及早期低温烫伤预警等领域。
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