Piezotech 壓電薄膜技術(shù)資料

來源：本站日期：2022-03-19 07:16:17 瀏覽：1305

1. 壓電與熱電效應(yīng)

自1880年居禮兄弟(Jacques 與 Pierre Currie)從簡單不對稱的晶體發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)，引起大量關(guān)注與討論?！笁弘姟挂辉~源于希臘語，具有壓力的涵義。當(dāng)某些特定材料受機械應(yīng)力作用時，會在其表面產(chǎn)生與應(yīng)力成等比例之電荷，相反地，當(dāng)這些材料被施加電位差時，則發(fā)生機械形變，稱此效應(yīng)為壓電效應(yīng)。相似地，當(dāng)材料的溫度改變時，會在其端子產(chǎn)生電位差，稱此效應(yīng)為熱電效應(yīng)。在應(yīng)用方面，常以石英和一些陶瓷材料小表面積及高剛性的優(yōu)點，廣泛地利用其壓電及熱電效應(yīng)制作機械與聽覺傳感器。

2. 壓電薄膜

1969 年，Kawai 發(fā)現(xiàn)聚偏二氟乙烯(PVDF)具顯著的壓電效應(yīng)，此材料為最被廣泛研究及應(yīng)用的壓電聚合物，然而直到 1981 年市場上才出現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的壓電薄膜。當(dāng)這些薄膜被外部施加電場時，極性聚合物(如PVDF)的分子偶極子會沿相同方向排列，并獲得壓電性，此一現(xiàn)象稱為極化。該極化現(xiàn)象主要受高分子鏈的空間排列所影響，再來則是電荷輸入的影響。

3. 壓電薄膜之特性

壓電薄膜的壓電特性主要由機械能與電能之間的比例系數(shù)決定，壓電常數(shù)“d”主要是利用 1Newton/m²的應(yīng)力施加在薄膜表面，于薄膜厚度方向上的出現(xiàn)的表面電荷密度(Coulomb/m²)來測得。

● 面外的厚度方向: d 33

● 面內(nèi)縱向: d 31

● 面內(nèi)橫向: d 32

由上述第一種情況，若薄膜在平面的面內(nèi)方向皆不能自由變形，則該壓電常數(shù)稱d33* or dT，單位為庫侖/牛頓(C/N)。若能量測每單位應(yīng)力下的電場變化，則能獲得系數(shù)“g”，其與壓電常數(shù)d、介電系數(shù)ε的關(guān)系可表示為g=d/ε，單位為(V.m/N)。在機電轉(zhuǎn)換器的設(shè)計中，常數(shù)“d”與 “g”最為廣泛使用。而壓電薄膜的機電轉(zhuǎn)換效率百分比由機電耦合系數(shù)KT表示:

熱電常數(shù)“ρ”則被定義為當(dāng)薄膜升高1度K時的表面電荷密度，單位為(C/m²K)，常用以設(shè)計熱傳感器。而壓電薄膜的特性主要取決于其機械特性，包含彈性模數(shù)、阻抗值以及斷裂伸長率。

4. PVDF 壓電薄膜與積材之特性