梯度分布的多孔结构是指上面孔隙分布较多、下面孔隙分布较少,因此离子会比较多,在压力的作用下上下表面形成应力差,加速离子迁移

主要研究内容

通过探索离子聚合物的压力电响应机理,建立压力作用下的电响应模型,通过对理论模型的数值分析,探讨表面微结构、多孔结构以及梯度分布的多孔结构等结构特征及其尺寸效应影响离子聚合物对压力的灵敏度和感知性能的规律,对传感器进行结构、尺寸优化设计出在电荷工作模式下具有最佳传感性能的离子聚合物压力传感器。

我的研究思路从何而起?

首先对于压电陶瓷、压电晶体、PVDF等材料,压电陶瓷介电常数比较大,通过分析发现pvdf产生的电荷比较多,而且nafion也是这样的,故才会考虑去测它产生的电荷。

压电材料(讲的比较好的网站

一般分为压电单晶如石英、压电陶瓷如PZT、压电高分子聚合物如PVDF等组成

电荷放大器

压电陶瓷为高阻抗原件,输出电流信号非常微弱,需要经过前置放大才能进行信号采集。根据压电信号的工作原理,其输出可以是电荷信号,也可以是电压信号;若为电荷信号,则需要选用电荷型放大器。压电传感器等效为电荷发生器和电容,将信号传输到电荷放大器的电缆等效为与传感器并联的电容

信号调理电路的主要目的是提供具有低输出阻抗的信号,同时为压电传感器提供非常高的输入阻抗(不是特别理解这句话意思)

PVDF压电薄膜质地柔软、极薄、质轻、韧度高、灵敏度高、响应快、测压范围大、频率范围宽、经济性好,使其成为广泛推广的一种新型智能传感器。PVDF压电薄膜的传感机理是基于材料的正压电效应:如存在一个外力施加在薄膜上,使薄膜产生变形,该变形将打乱偶极子原来的排列状况,电中性的状况被破坏,在薄膜的表面就会出现暂时性的剩余电荷,即在垂直薄膜表面出现与所受力相对应的电信号。实际上PVDF 薄膜的形变过程并不是真正产生电荷,只是表现为存在表面电荷。此微弱的电荷信号经电荷放大器转变为电压信号,供数据采集卡采集。由PVDF传感机理可以看出PVDF传感机理可以看出PVDF 受到机械变形后在薄膜两侧会有异号电荷产生,因此可把该传感器视为一个电荷源。由于压电晶体是绝缘体,当它的两级表面聚集电荷时,又可把它视为一个电容器,其电容量为:

Ca=εε0AhQ=CaUC_a = \frac{\varepsilon\varepsilon_0A}{h}\\ Q=C_aU

(朱玲-PVDF位移传感器及其应用研究)

由于薄膜形态的不连续性,应力场强度的局部增加。

压电陶瓷具有较大的机电耦合系数,但是由于比较脆,无法制成一般形状的换能器,而压电聚合物机电耦合系数小,但是却是柔性的

压电效应可分为正压电效应和逆压电效应两类。压电方面的相关研究最早可追溯到1880年,由法国科学家J.Curie和 P.Curie兄弟通过实验先后在石英晶体上发现。正压电效应是指压电元件在外力作用下产生机械形变时,由于材料内部电荷间极化程度会变弱,使电极周边的一些电荷脱离束缚变为游离状态的放电现象

在电荷传感模式下,IPMC产生的电流比压电材料大一个数量级,然而,产生的电压大概只有几毫伏。

一般陶瓷的压电常数越高,压电性能越好。下标中第一个数字指的是电场方向,第二个数字指的是应力或应变的方向。因此d33表示极化方向与应力方向相同时测量得到的压电常数