论文部分内容阅读
随着科学技术的发展,现代工业开始需求集成化的电子元器件,而尺度为微纳米级的压电薄膜,尤其是结合了压电陶瓷与聚合物的复合材料压电薄膜,得到了各个行业研究学者的广泛关注。然而,目前复合材料压电薄膜所采用的陶瓷相大多为以锆钛酸铅(PZT)为代表的铅基压电陶瓷,对人体与自然环境有一定的危害性,因此需要研究以无铅压电陶瓷作为陶瓷相的压电薄膜。本文以聚偏二氟乙烯(PVDF)作为基体,加入了以水热合成法制备的铌酸钾钠(KNN)粉体作为陶瓷相,以旋转涂覆法制备了复合材料薄膜。之后又通过电晕极化等手段进行处理,并将复合材料薄膜封装为传感器。在此实验过程中,本文以X射线衍射仪,扫描电子显微镜,傅里叶红外光谱仪,阻抗测试仪,动态信号测试仪与力锤等设备,对KNN粉体,KNN/PVDF复合薄膜及其传感器的特性进行了各种测试,并针对测试结果进行了探讨。测试结果表明KNN粉体是尺寸在5μm左右的球形聚集体,为钙钛矿结构,且KNN粉体的生长属于取向连生。通过改变碱液的OH~-浓度来控制生成KNN粉体,最终制备出了3μm左右的KNN粉体,以此作为陶瓷相的PVDF复合薄膜,其厚度在2μm左右,表面有分布均匀的半球状凸起。在100Hz时,复合薄膜的相对介电常数大约在4左右,且会随KNN粉体含量的增加而逐步增加,此结果也符合理论模型的预测。傅里叶红外光谱测试证明了当KNN粉体含量增多时,KNN/PVDF复合薄膜中的β相含量会下降。且复合材料薄膜在极化之后,其PVDF基体中的的α相会转变为β相。最后,将KNN/PVDF薄膜封装为传感器,进行敲击力测试,得到了传感器反馈电压的时域特性与频域特性,确认其原理与电容器相同,且得知KNN/PVDF传感器在10-60Hz范围内较为灵敏。而利用最小二乘法拟合出的灵敏度曲线证明了,KNN/PVDF薄膜传感器的灵敏度会随KNN粉体含量先增加后减少。