聚偏二氟乙烯（PVDF）

聚偏二氟乙烯（PVDF）

聚偏二氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride Polymer，简称PVDF）是目前已发现的压电系数最高、且已进行应用开发的压电高分子材料。它是一种有机分子半结晶聚合物，经过机械滚压和拉伸可制作成压电薄膜（厚度1~100μm）。

工作原理

PVDF的压电效应可采用类似铁电体的机理来解释。经过机械滚压和拉伸制作成薄膜后，带负电的氟离子和带正电的氢离子分别对应排列在薄膜的上下两边，形成微晶偶极矩结构。经过外电场和温度联合作用后，晶体内部的偶极矩进一步旋转定向，形成垂直于薄膜平面的碳-氟偶极矩固定结构。当这种固定取向后的极化受到一定方向的外力作用时，材料的极化面就会产生电荷，即压电效应。

主要优点

与石英晶体和压电陶瓷相比，PVDF压电薄膜具有以下显著优势：

• 质量轻：密度只有PZT的1/4，粘贴后对原结构几乎不产生影响。
• 高电压输出：在同样受力条件下，输出电压比压电陶瓷高10倍。
• 高介电强度：可耐受75V/μm的强电场。
• 声阻抗低：仅为PZT的1/10，与水、人体组织以及粘胶体相接近。
• 频响宽：从10⁻³~10⁹Hz均能转换机电效应，振动模式单纯。

前沿发展

2017年7月《科学》杂志报道东南大学研究人员发现了一类具有优异压电性能的分子铁电材料，在压电性能上达到了传统压电陶瓷的水平，为制作柔性薄膜压电元件（如可穿戴衣服给手机充电）开辟了新路。