聚偏氟乙烯〔Polyvinylidene Fluoride,简称PVDF〕是一种具有优秀压电性能材料,其特殊分子结构、物理特性使其于传感器、换能器还有能量收集行业得到大量用途。PVDF压电效应引发源于其极性晶体结构及电偶极矩变化。
PVDF分子由碳、氢、氟三种原子组成,其主链为全氟化结构,侧链带有极性基团。于未极化状态下,PVDF属于α晶型,分子排列无序,整体出现非极性。然而,于高温下拉伸或施加电场后,PVDF会转变为β晶型,此时分子链沿某一方向取向排列,形成有序电偶极矩。这种有序排列使得PVDF含了压电效应基础条件——当外界机械应力作用于PVDF时,分子间相对位移会导致电偶极矩有变化,从而于外电路中引发电压;反之,当外加电场时,PVDF也会有形变,这就是逆压电效应。
PVDF压电特性还和其柔性有关,它能够于较大变形范围内保持稳固压电输出,这使得它非常适合用于可穿戴设备、声学器件要高灵敏度和柔性场景。另外,PVDF材料还具有优良化学稳固性、耐高低温性、生物相容性,进一步拓宽了其用途行业。PVDF凭借其特殊压电性能,成为现代智能材料研究中很大组成部分。
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