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电子辐照铁电共聚物P(VDF-TrFE)及超声传感器的研究

国世上  
【摘要】:虽然压电陶瓷超声传感器已经发展的非常成熟,但以聚合物为工作单元的超声传感器技术亟待开发和研制。铁电聚合物PVDF及其共聚物因独特的压电和铁电特性,在宽带水听器和超声成像等方面具有其他材料不可替代的开发应用潜力。而经过高能电子辐照的P(VDF-TrFE)共聚物具有巨电致伸缩效应,开辟了这类材料在大应变机电传感器和驱动器方面的应用前景。正是基于上述原因,本论文从实验和理论两个方面,利用X-射线、示差扫描量热法(DSC)、介电常数和电滞回线测量等手段,系统全面的研究了经高能电子辐照的共聚物P(VDF-TrFE)80/20mol%和56/44 mol%的结构特性河池豫现象;同时,利用热释电系数和热激退极化电流(TSDC)的测量研究了它们的热电效应。在实验基础上,通过一系列压电双晶片探头的制作和附加装置的设计,合理地分析了影响聚合物电致伸缩系数测量装置的因素,研究了进一步提高装置灵敏度和可靠性的手段。在传统压电陶瓷超声传感器的基础上,结合聚合物的特性,制作了不同类型的水浸式共聚物超声传感器,利用Panametrics 5900PR超声讯号发射接收仪测试了其工作频率和带宽,并对其结构和封装、介电机电性质和计算机模拟、膜厚和面积选择、电极材料以及背衬匹配材料等一系列问题进行了分析。最后通过去耦合电路的保护,设计制作了以不同剂量电子辐照的共聚物P(VDF-TrFE)为工作单元的巨电致伸缩超声传感器,测试了不同偏置电压下的响应频率和带宽,分析了诱导压电常数随外电场的变化,合理的解释了正负偏压下的波形翻转现象。


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