聚偏氟乙烯（PVDF）壓電薄膜特點(diǎn)及應(yīng)用
聚偏氟乙烯（Polyvinylidene fluoride,英文縮寫(xiě)PVDF），主要是指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯與其他少量含氟乙烯基單體的共聚物，它兼具氟樹(shù)脂和通用樹(shù)脂的特性，其樹(shù)脂本身具有良好的耐化學(xué)腐蝕性、耐高溫性、耐氧化性、耐候性、耐射線(xiàn)輻射性能外，還具有壓電性、介電性、熱電性等特殊性能，因此被廣泛應(yīng)用于壓電薄膜、太陽(yáng)能背板膜、鋰電池隔膜等高端功能性薄膜。隨著可穿戴設(shè)備的興起，設(shè)備中對(duì)壓電傳感器需求也持續(xù)增長(zhǎng)，因此本文將重點(diǎn)介紹PVDF薄膜在壓電領(lǐng)域的應(yīng)用。
PVDF壓電薄膜的光電性能
PVDF壓電薄膜即聚偏佛乙烯壓電薄膜是20世紀(jì)70年代在日本問(wèn)世的一種新型高分子壓電材料，因其較復(fù)雜的極化處理工藝，到目前為止，世界上只有少數(shù)先進(jìn)國(guó)家生產(chǎn)。PVDF壓電薄膜是一種柔軟、質(zhì)輕、高韌度塑料薄膜，可以根據(jù)需要制成各種形狀、厚度的元件，與微電子技術(shù)結(jié)合，能支撐多功能傳感元件。
PVDF壓電薄膜具有獨(dú)特的介電效應(yīng)、壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)。與傳統(tǒng)的壓電材料（如陶瓷壓電片）相比具有頻響寬、動(dòng)態(tài)范圍大、力點(diǎn)轉(zhuǎn)換靈敏度高、力學(xué)性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、聲阻抗易匹配等特點(diǎn)，并具有重量輕，柔軟不脆、耐沖擊、不易受水和化學(xué)藥品的污染、易制成任意形狀及面積不等的片材或管材等優(yōu)勢(shì)。在力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電子、測(cè)量、紅外、安全報(bào)警、醫(yī)療保健、軍事、交通、信息工程、辦公自動(dòng)化、海洋開(kāi)發(fā)、地質(zhì)勘探等技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。產(chǎn)品主要有金、銀、鋁3個(gè)品種，薄膜厚度在30-500μm范圍，產(chǎn)品形狀、面積大小，可根據(jù)用戶(hù)需要確定，是制作改進(jìn)壓力動(dòng)態(tài)傳感器和超聲、智能探測(cè)的新型換能材料，其中200um以上壓電薄膜可應(yīng)用于軍工及高科技領(lǐng)域，目前被發(fā)達(dá)國(guó)家禁運(yùn)。
PVDF壓電薄膜的優(yōu)點(diǎn)
PVDF壓電膜具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性、低吸濕性、高熱穩(wěn)定性、高抗紫外線(xiàn)輻射能力、高耐沖擊、耐疲勞能力，其化學(xué)穩(wěn)定性比陶瓷高10倍，在80℃以下可長(zhǎng)期使用、PVDF壓電膜質(zhì)地柔軟、重量輕，與水的聲阻抗相近，匹配狀態(tài)好，應(yīng)用靈敏度高；PVDF壓電膜在厚度方向的伸縮振動(dòng)的諧振頻率很高，可以得到較寬的平坦響應(yīng)，頻響寬度優(yōu)于普通壓電陶瓷換能器；PVDF壓電薄優(yōu)點(diǎn)如下：
良好的工藝性 可用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行加工
能制作大面積的敏感元件
頻帶響應(yīng)寬（0-500MHz）;
聲阻抗接近于人體組織和水，所以可用于醫(yī)療診斷的敏感裝置結(jié)構(gòu)中
具有高沖擊強(qiáng)度（可使用于沖擊波的傳感器中）；·
耐腐蝕性（在活性介質(zhì)中使用時(shí)這種性能是必需的）；
相對(duì)介電常數(shù)較低 相應(yīng)較高的壓電常數(shù)值d33（約比其他壓電材料高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上）和熱信號(hào)靈敏度（ρ/ε）
與壓電陶瓷相比有更低的熱導(dǎo)性；并能制得更薄的薄膜；
柔軟堅(jiān)韌的PVDF的柔順系數(shù)約為PZT的30倍，并且輕（相對(duì)密度只有PZT的1/4左右）；能支撐所需的各種較復(fù)雜的形狀（雛形、穹頂型等），可使用在需要具有特殊定向的元件中。
總的來(lái)說(shuō)：PVDF壓電薄膜比石英、PZT等具有壓電常數(shù)大，頻響寬，機(jī)械強(qiáng)度好，耐沖擊，質(zhì)輕，柔韌，聲阻抗易匹配，易加工成大面積，不易受水和一般化學(xué)品的污染，價(jià)格便宜等特點(diǎn)。它不僅在許多領(lǐng)域中可替代壓電陶瓷材料使用，而且還可以應(yīng)用在壓電陶瓷材料不能使用的場(chǎng)合。因此它是一種極有發(fā)展前途的換能性高分子敏感材料。
PVDF壓電薄膜的應(yīng)用
因?yàn)镻VDF壓電薄膜應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，從消費(fèi)電子到汽車(chē)電子、小型家電、醫(yī)療設(shè)備、儀器儀表以及軍用及高科技領(lǐng)域，我們針對(duì)其中一些民用領(lǐng)域歸納PVDF壓電薄膜的主要應(yīng)用。
類(lèi)別
性能
應(yīng)用范圍
超聲波傳感器
壓電動(dòng)態(tài)反應(yīng)在很大范圍呈線(xiàn)性
可穿戴設(shè)備中計(jì)步器、檢測(cè)心跳和脈搏等計(jì)數(shù)器。
音頻換能器
利用PVDF壓電膜的橫向壓電性
麥克風(fēng)、噪音笑聲麥克風(fēng)、電話(huà)送話(huà)器、雙壓電晶片換能器、耳機(jī)、揚(yáng)聲器、加速度器、醫(yī)用傳感器。
機(jī)電換能器及器件
利用PVDF壓電模的橫向壓電性
電唱機(jī)拾音器、非接觸開(kāi)關(guān)、電話(huà)盤(pán)、打字機(jī)及電腦鍵盤(pán)、血壓計(jì)、光學(xué)快門(mén)、光纖開(kāi)關(guān)、變焦鏡、觸覺(jué)傳感器，顯示器，位移傳感器。
超聲及水下?lián)Q能器
利用PVDF壓電膜的縱向壓電性
超聲發(fā)送及接收器、無(wú)損檢測(cè)換能器、成像陣列、水聽(tīng)器、延遲線(xiàn)、光調(diào)制器、變焦點(diǎn)換能器、超聲顯微鏡、超聲診斷儀。
紅外及光學(xué)器件
利用PVDF壓電模的熱電性
紅外探測(cè)器、攝像儀、紅外可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換器、影印機(jī)、反向檢出器、激光功率計(jì)、火災(zāi)探測(cè)器、防盜報(bào)警器
總體而言，因?yàn)镻VDF壓電薄膜具備良好的柔性、耐沖擊性，相比陶瓷壓電片而言，具備更高的使用壽命，更高的產(chǎn)品穩(wěn)定性和后端應(yīng)用的適應(yīng)性。未來(lái)將擁有很大的發(fā)展前景。
