P(VDF-TrFE)压电膜及树脂化学合成技术

聚偏氟乙烯（PVDF）基氟聚合物具有优良的耐候、耐腐蚀、耐酸碱性能，以及优异的介电、铁电、压电、热释电性能，在电子信息、电气系统、新能源等领域被广泛应用。近年来研究表明，此类聚合物具有很高的电能存储能力，在高储能电介质中具有非常诱人的应用前景。同时，其良好的耐腐蚀、耐酸碱及耐候性也为其在新能源（如锂离子电池、燃料电池、太阳能光伏电池等）领域的应用赋予光明前景。然而现有的 PVDF 压电膜制备工艺苛刻，拉膜工艺难以掌控，产品质量稳定性不好，影响长期工作稳定性。
VDF 与三氟乙烯（TrFE）的共聚物 P(VDF-TrFE)无需拉伸即可获得很好的铁电压电性能，但是，由于 TrFE 短缺、稳定性差等原因，使得 P(VDF-TrFE)难以工业化，成本极高，苏威量产价格依然要 5 万元/kg。

与传统的单晶和陶瓷压电材料相比，它具有良好可塑性、较低的弹性模量， 可以通过简单的制备工艺做成各种形状，如薄膜、纤维和块体等。

市场前景非常广阔。

1）水声传感器和换能器
压电聚合物 P(VDF-co-TrFE)水声换能器研究初期均瞄准军事应用，如用于水下探测的大面积传感器阵列和监视系统等，随后应用领域逐渐拓展到地球物理探测、声波测试设备等方面。美国曾把水声与雷达、原子弹并列为三大发展计划。
随着潜艇技术的发展，潜艇噪声越来越小，用被动拖曳线阵列声纳探测目标越来越困难。为此，各国海军又把目标投向了主动式探测声纳，开始研制低频主动拖曳线阵列声纳。经过高能射线辐照的 P(VDF-co-TrFE)聚合物材料的声阻抗与水数量级相同，使得制备的水听器可以放置在被测声场中，感知声场内的声压，且不致由于其自身存在使被测声场受到扰动。因此是非常理想的主动式声纳传感器材料，目前我国船舶总公司这方面的需求非常迫切。
2）超声传感器和换能器
机器人安装接近觉传感器主要目的有以下三个：其一，在接触对象物体之前， 获得必要的信息，为下一步运动做好准备工作；其二，探测机器人手和足的运动空间中有无障碍物。如发现有障碍，则及时采取一定措施，避免发生碰撞，其三， 为获取对象物体表面形状的大致信息。超声波因其波长较短、绕射小并定向传播， 利用 P(VDF-co-TrFE)聚合物制造的超声传感器，使得机器人能够灵活地探测周围物体的存在与距离，该领域蕴藏着巨大的市场潜力。
3）医疗传感器和换能器
PVDF 及其共聚物与压电陶瓷相比，其声阻抗(约 4MRayls)与人体组织(约 1. 5MRay ls)相当，在超声成像方面具有明显的优势。具有宽频响应、强度和稳定性良好的优点，在超声成像中有助于实现短脉冲响应，提高轴向成像分辨率。利用延时频谱方法可使聚合物传感器的信噪比在 1 到 40MHz 之间不低于 60 到 75 dB。压电聚合物在生物医学领域的应用可以分为探头、超声源和成像系统三类。非介入聚合物探头心肺检测系统可以重复可靠地检测心肺功能。PVDF 薄膜较高的机械损耗使得 PVDF 超声发射源在较宽频率范围内具有比较平坦的发射电压响应，使其在宽带超声频率绝对校准应用中具有优异特性。其超声发射源可以发射频率超过 30MH z 的超声冲击波，在非介入肾结石超声破碎和超声应用中具有良好前景。由其拍摄的甲状腺超声图像大大优于压电陶瓷传感器的结果。采用P(VDF-co-TrFE)共聚物，可以进一步增强聚合物的压电效用，由工作频率为 7. 5MH z 的 P(VDF-co-TrFE)传感器获得的乳房超声图像表明，由于采用共聚物，图像质量获得了显著提高。
4）驱动器
压电/电致伸缩驱动器已成功地应用在精密定位、精密加工、智能结构、生物工程、航空航天、电子通讯、汽车工业、机器人关节、医疗器械等众多技术领域，并已经形成一个巨大的产业。电子束辐照的 P(VDF-co-TrFE)含氟共聚物具备驰豫铁电体特征，使该材料具备了产生大伸缩应变的能力，最大应变量可超过4%，大大超出传统压电陶瓷材料 0.2% 的应变水平，这一优异特性赋予了该材料在微驱动领域的应用潜力。医疗上的应用主要是人工器官的驱动。例如人工肺(氧合器)、人工心脏(血泵)、人工肾(血液透析器)以及定向给药等，市场前景非常广阔。

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