VDF压电膜的应用prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office"

PVDF压电膜的应用相当广泛。目前，从医学上使用的精密微细敏感元件到工业上用的各种传感器。从军事上应用的声纳到民用的空调器、防盗报警系统等领域，PVDF压 电膜都显示出了其优异的性能。它可以用于制作超声波探头式诊断仪、血压计、指脉膊传感器及心率计；超声波传感器、压力传感器、机器人的触觉传感器、加速度 传感器、称重传感器；水声探测器、声纳器件；扬声器、抗噪声送话器，高保真立体声耳机、空调器；应力、应变计、流量计、用于特殊场合下的触摸开关等。此外PVDF压 电膜除了具有较高的压电性外，还显示出热释电性，是一种很好的热电材料，它可以把热能转变为电能。可用于防盗、保安报警器、热释电红外传感器、火灾探知 器、光反向传感器、红外线扫描器。辐射仪、接近传感器等各种测控仪器中，至今为止，上述所叙的许多元器件已经在众多领域开始研制，有些已经进入实际应用阶 段，现将有关情况简要说明一下：

传感器材料是将一种形式的能量转换为另一种形式的能量，并被广泛地应用在传感探测方面。微处理器应用的巨大增长推动了传感器在多种应用方面的需求。今天，在180亿美元的全球传感器市场中压电聚合物传感器跻身在最快速发展的技术行列之中。像任何其他新技术一样，在很多应用中，“压电薄膜”已被考虑用作传感器的解决方案。自从压电膜聚合体被发现以来的20年中，这项技术已日趋成熟，实际应用层出不穷，技术的商业化进程正在加速。

本手册对压电聚合体技术、术语、特性以及传感器设计思考等提供了综述，同时还探索了近年来业已成功开发出来的诸多传感器的应用项目。

解决独特的传感方面问题是我们的应用工程师们特有的实力。我们很高兴有机会在您的设计中考虑压电膜传感器的应用时为您提供帮助。

背景

“压电”，希腊语叫做“压力”电，是在100多年前由Gurie兄弟所发现的。他们发现，石英在电场的作用下会改变其外形尺寸，而相反，当受到机械变形时，则产生出电荷来。这项技术的首次实际应用是由另一位法国人Langevin在1920年实现的，他研究出了一种用于水下声音的晶体发射器和接收器,即：第一部“声纳”。二次世界大战前，研究人员发现，有些陶瓷材料在高极化电压的作用下会产生压电特性，这一过程类似于铁性材料的磁化。      

到60年代，研究人员就已发现，鲸鱼的骨和腱内部存在着微弱的压电效应。于是开始了对其他有可能具有压电效应的有机材料的认真探索。1969年，Kawai发现在极化的含氟聚合物、聚偏氟乙烯（PVDF）中有很高的压电能力。其他材料，如尼龙和PVC，也都表现出压电效应，但没有一种能像PVDF及其共聚物一样呈现那么高的压电效应。

和其他铁电材料一样，PVDF也具有很高的热电特性，在响应温度的变化时，可以产生电荷。PVDF对7~20μm波长的红外能具有很强的吸收性（见图1），覆盖了人体热的相同波长频谱。因此，PVDF可以制成很有用途的人体运动传感器以及热电传感器用于更为复杂的其他应用如夜视光导摄像管摄像机和激光束成像传感器。压电薄膜采用合适的菲涅尔透镜可

以探测到50英尺以外的人体运动，并已被应用在人造卫星的红外地平探测器上。

(1) 电声换能器类

由于PVDF压 电膜具有相当宽的频率领域，从甚低频到千兆赫的工作频率。利用这一性能，可制成宽频带扬声器，这种扬声器可在甚低音、甚高音范围内不失真，而且可以消除机 械噪声。良好的声音效果，其应用必将给我国的电声产业带来一场大的变革，电声产品跨上一个新的台阶。还可制成微声器、传声器、高保真立体声耳机。特别是抗 噪声送话器，样品经过几次改进，已经进入开发生产阶段。这种送话器用在电话中，除了通话能被清晰地送出外，其它噪声均被滤掉；用在电视台、电台及记者现场 采访、现场录音场合，能排除噪声干扰，声音清晰，达到较理想的录音采访效果。

(2) 水声换能器类

PVDF压电膜具有较高的压电系数，优良的阻抗匹配。低的声阻抗可保证超声波无损传播，又易于加工成大面积，这些特点用于制造各种类型的水听器。将这种水听器用于鱼轮对鱼群的监测，正在待开发之中，此项研究成果也有很大的市场潜力。

(3) 超声换能器类

用PVDF压电膜制成超声传感器，应用在5、7.5、10MHz B超诊断仪的环状及线阵式探头和20～80MHz工业超声检测仪探头上，与通常使用的PZT(压电陶瓷)探头相比在灵敏度和精度上都有较大幅度的提高。用该膜制成的医用超声波传感器结构简单，灵敏度高，与人体表面机械阻抗匹配很好，如指脉膊计、血压计、起膊计、心律计、胎儿心音探测器等。上述产品在欧美、日本少数发达地区及国家已经大量使用，目前国内正处于研发阶段。

(4) 机电换能器类

在实验中人们发现PVDF压电膜作换能器时，每单位体积的输出功率要比PZT高10倍左右。在电场作用下它所产生的应变比PZT高10倍，这使得它在做机电换能器时也非常有利。国内许多院校科研所利用这一特性，研制开发应用产品，如：方位探测器、电探百叶窗应力计、应弯计、压电传感器、加速度计、冲击探测器、地下爆破监测仪、机械振动探测器、地震研究用应力波监视仪、手提式检验器等。

特别值得一提的是：由于PVDF压 电膜具有机械强度高、柔软不脆、耐冲击，不易受水和化学药品污染，易加工等特点，使传感器在家电方面应用更为广泛。应用在电冰箱、室内空调机上的传感器就 有十几种，如冰箱用显示冰箱状态的传感器，除霜、结霜传感器；保持蔬菜新鲜度的湿度传感器。用在空调机上的稳定性好的长寿命湿度传感器；结霜传感器、煤气 压力传感器和空气流量传感器等。另外利用其热(压)电 效应使得家用传感器由过去的展望成为今日的现实。如家庭用防灾用传感器和智能传感器。前者分两类，一类是检测煤气泄露和火灾前征兆的煤气、温度、烟雾等。 二是用于防止强盗入侵的传感器。用智能传感器实现家务劳动自动化和省力化。从社会发展趋势看，上述产品的应用将具有相当广泛的前景。