铁电共聚物P（VDF-TrFE）的性能和换能器的模拟研究

【摘要】：最近发现，铁电高分子共聚物P(VDF_x-TrFE_(1-x)(50≤x≤80)薄膜在经一定电子束辐照处理后，可得到大的电致伸缩应变，而且其弹性应变能密度也很高。结合聚合物固有的其他特点，使得辐照处理的P(VDF-TrFE)共聚物在机电应用领域具有广泛的应用前景。本文综合运用多种微观、宏观分析手段，研究经电子束辐照处理后P(VDF_(0.80)-TrFE_(0.20))薄膜的微观结构、化学键合方式、最大纵向应变、介电、压电和铁电等宏观物理性能；分析、确立微观结构和宏观物理性能间的内在联系和变化规律；利用X射线等手段，研究了亚稳相在温度、电场驱动下的可逆相变行为，探讨了P(VDF-TrFE)辐照后产生大应变的主要原因，并给出相关的微观和宏观理论解释。 另外，由压电盘和两个金属壳组成三明治结构的弯张换能器(Flextensional Transducer)在低频大功率电声发射器的应用引起了人们的广泛兴趣。其中Moonie驱动器及在此基础上的Cymbal驱动器是小型化的弯张换能器。它们可以把陶瓷片产生的横向位移转换并放大成盒盖纵向的位移。因此，本文利用有限元分析软件对Cymbal驱动器的几何尺寸效应进行了简单的模型模拟，寻找相对较好的尺寸模型。结果表明：当盒盖厚度相对较小、盒盖弹性模量较小，陶瓷的厚度相对较小及较大的场强，空腔的半径相对较大，空腔的高度稍大于盒盖的厚度的时候，Cymbal驱动器具有较大纵向位移。