压电薄膜特性参数的测量方法

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PVDF压电薄膜的力学性能和压电效应实验研究

华中科技大学硕士学位论文摘要PVDF（Polyvinylidene fluoride，聚偏氟乙烯）压电薄膜作为一种新型高分子压电材料，由其制成的传感器具有灵敏度高、频带宽、声阻抗低、电压输出高和可加工成特定形状等优点，被广泛用于各个领域。

本文对镀银PVDF压电薄膜的基本力学性能，不同温度场下的振动特性和不同厚度薄膜的压电效应进行了实验研究与分析，具体研究内容及结论如下：首先，选用了厚度分别为40μm、64μm和122μm（上下表面镀银层均为6μm）的PVDF压电薄膜，利用纤维拉伸试验机对其平行分子链方向（1方向）和垂直分子链方向（2方向）分别进行拉伸力学性能测试，获得了相应的应力-应变曲线。

试验结果表明：在弹性阶段，两个方向的力学性能较为接近，但进入塑性阶段，两个方向的力学性能差异明显，表现出强烈的各向异性。

其次，制作了厚度分别为40μm、64μm和122μm的PVDF悬臂梁试样，利用非接触式振动测试系统，测试了其在不同温度场下的振动特性，并获得了其一阶固有频率。

实验结果表明：PVDF悬臂梁的一阶固有频率随着温度增加而减小，在初始升温阶段，频率值下降较为缓慢，而当温度升高到一定值时，频率值下降较快，同时，PVDF压电薄膜厚度越小，其固有频率受温度影响越大。

最后，基于非接触式振动测试系统，对PVDF压电薄膜的压电效应进行了实验研究。

三种不同厚度PVDF悬臂板压电效应实验结果表明：电压-频率曲线与幅频响应曲线具有很好的一致性，且输出电压峰值对应的激励频率与PVDF悬臂板共振频率一致，表明PVDF压电传感器输出电压与输入应变具有很好的线性关系，适宜于应变测量，且厚度较小的PVDF压电薄膜灵敏度较高。

本文对PVDF压电薄膜的基本性能进行了实验研究与分析，为PVDF压电传感器的设计与优化提供基础数据支撑，具有重要的工程应用价值。

关键词：PVDF压电薄膜；拉伸力学性能；振动特性；压电效应华中科技大学硕士学位论文AbstractAs a novel piezoelectric polymer material, the sensors made of PVDF(polyvinylidene fluoride) piezoelectric film have the advantages of high sensitivity, wide frequency band, low acoustic impedance, high voltage output, and can be processed into specific shapes,which are widely applied in various fields. In this paper, the basic mechanical properties, the vibration characteristics under different temperature fields, and the piezoelectric effect of silver-coated PVDF piezoelectric films were studied experimentally and analyzed. The specific research contents and conclusions are as follows: First, the PVDF piezoelectric films with different thickness of 40 μm, 64 μm, and 122 μm (the thickness of coated silver on the upper and lower surfaces is 6μm) were prepared. The tensile samples of PVDF piezoelectric film were tested in two directions using a fiber tensile tester,i.e.,parallel (1 direction) and perpendicular (2 direction) to the molecular chains, and the corresponding stress-strain curves were obtained. The experimental results show that: in the elastic stage, the mechanical properties of the two directions are practically identical,however ,in the plastic stage, the mechanical properties of the two directions are significantly different, showing a strong anisotropy.Next, PVDF cantilever specimens with thicknesses of 40μm, 64μm and 122μm were prepared respectively. The non-contact vibration test system was used to test the vibration characteristics of the PVDF cantilever beam under different temperature fields, and its first-order natural frequency was obtained. The experimental results show that the first-order natural frequency of the PVDF cantilever beam decreases with increasing temperature. In the initial heating stage, the frequency decreases more slowly, and when the temperature rises to a certain degree, it declines rapidly.Besides ,the smaller the PVDF film thickness is, the greater its natural frequency is affected by the temperature.Finally, based on the non-contact vibration test system, the piezoelectric effect of PVDF was investigated experimentally. The experimental results of three different thickness PVDF cantilever plates show that the voltage-frequency curve is in good agreement with the amplitude-frequency response curve, and the excitation frequency corresponding to the peak output voltage is consistent with the resonance frequency of the华中科技大学硕士学位论文PVDF cantilever plate, indicating the sensor’s output voltage has a good linear relationship with the input strain and is suitable for strain measurement. In the same time ,the sensor made of smaller thickness has higher sensitivity.In this paper, the basic properties of PVDF piezoelectric films were experimentally researched and analyzed,which provides the basic data reference for the design and optimization of PVDF piezoelectric sensors and has much significance in engineering application.Keywords: PVDF piezoelectric films; Tensile mechanical properties; Vibration characteristics; Piezoelectric effect.华中科技大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (IV)1绪论 (1)1.1研究背景和意义 (1)1.2PVDF压电薄膜基本特性 (2)1.3PVDF传感器在不同应用领域国内外研究现状 (5)1.4本文主要研究内容及安排 (13)2PVDF压电薄膜力学性能实验研究 (15)2.1PVDF压电薄膜表面形貌表征 (15)2.2PVDF压电薄膜拉伸力学性能 (16)2.3实验结果及分析 (18)2.4本章小结 (22)3不同温度场下PVDF悬臂梁振动特性实验研究 (23)3.1悬臂梁固有频率 (23)3.2PVDF悬臂梁振动测试实验 (24)3.3实验结果与讨论 (27)3.4本章小结 (33)4PVDF悬臂板压电效应实验研究 (34)4.1PVDF压电传感器信号调理电路 (34)4.2PVDF悬臂板压电效应实验 (37)华中科技大学硕士学位论文4.3实验结果与分析 (40)4.4本章小结 (46)5总结与展望 (47)5.1总结 (47)5.2展望 (48)致谢 (49)参考文献 (51)华中科技大学硕士学位论文1 绪论1.1 研究背景和意义在日常生产活动中，结构的振动是一个很普遍的问题。

PVDF压电薄膜测量脉动压力可行性研究

PVDF压电薄膜测量脉动压力可行性研究PVDF（聚偏氟乙烯）压电薄膜是一种优良的材料，具有良好的压电效应和机械性能，逐渐在生物医学、能源转换等领域得到广泛应用。

本文旨在探讨PVDF压电薄膜用于测量脉动压力的可行性，并对相关研究进行综述。

首先，PVDF压电薄膜具有优异的压电效应。

PVDF具有非中心对称结构，应力应变曲线剪切发生，从而产生极化电荷。

通过施加机械压力或应变，可以引发PVDF薄膜产生电位差，该压电效应可用于测量脉动压力。

其次，PVDF薄膜具有良好的机械性能。

PVDF具有优异的拉伸、抗撕裂和耐磨损性能，使之能够适应任何形状的曲面，使得薄膜可以被应用于各种复杂场景下的压力测量中。

在PVDF薄膜用于脉动压力测量的研究中，通常需要将薄膜放置在测量区域，并将薄膜的一端固定，另一端与被测压力接触。

当脉动压力作用于薄膜时，薄膜会产生相应的电荷变化。

通过测量电荷信号的变化，可以反推出压力的变化状况。

为了提高测量精度，研究者们提出了一些改进方法。

例如，可以在薄膜表面铺设导电层，以增加电荷传导效果。

同时，一些研究还尝试使用多层叠加的PVDF薄膜结构，以增加压电效应的敏感度和稳定性。

脉动压力测量是一项涉及到生物医学、化工、流体力学等多个领域的重要任务。

在这些领域中，准确测量脉动压力对于病理诊断、流体控制以及能源系统的优化都起到重要作用。

而PVDF压电薄膜因其良好的压电效应和机械性能，被认为是一种可行且有潜力的测量脉动压力的技术手段。

综上所述，PVDF压电薄膜在测量脉动压力方面具有可行性。

随着技术的发展和研究的深入，PVDF压电薄膜的应用前景将更加广阔。

然而，仍需要进一步的实验研究和工程化应用来验证其在具体领域的可行性和实用性。

压电薄膜特性参数的测量方法_王青萍

---第31卷第 4期压电与声光V ol.31 N o. 42009年8月P IEZOEL ECT ECT RICS &A CO U ST O OP T ICSAug. 2009文章编号:1004-2474(2009) 04-0608-05(1. 压电薄膜特性参数的测量方法王青萍, 范跃农 , 姜胜林湖北第二师范学院物理与电子工程系, 湖北武汉 430205; 2. 景德镇陶瓷学院机械电子工程系, 江西景德镇 333403;3. 华中科技大学电子科学与技术系教育部敏感陶瓷工程研究中心, 湖北武汉 430074)摘要:随着电子元器件向微型、高灵敏、集成等方向发展, 薄膜材料及器件在微机电( M EM S) 系统中得到广泛应用,而测量压电薄膜特性参数的方法与体材料相比有很大的不同。

介绍了当前测量压电薄膜特性参数的两大类方法:直接测量法( 包括气腔压力法、悬臂梁法、激光干涉法和激光多普勒振动法) 和间接测量法( 传统阻抗分析法) , 详细分析了这些方法的基本原理、测试表征、应用状况及存在的问题,比较了这些方法的优缺点,并对未来压电薄膜特性参数的测试表征作了展望。

关键词:压电薄膜; 压电参数;测量方法中图分类号:T N30; T M 282 文献标识码:AMeasurement Methods for Piezoelectric Coefficient of Piezoel ectric Thin FilmsWANG Qing ping ,FAN Y ue-nong , JIANGShenglin (1. H ub ei University of E ducation , Physics & Electronics Dept. Wuhan 430205, Ch ina; 2. Jingdezhen Ceramic Institute,M ech anis m & Electronics Dept. , Jingdezhen 333403, China; 3. Dept. of Electronic Science and T ech nology,Engin eering Research Centre for Function al Ceramics MOE H uazhong University of Science and T ech nology, W uhan 430074, Chin a)Abstract: F ilm mater ials and dev ices have been widely used in micr o-electr omechanical sy stem ( M EM S) systemwit h the develo pment o f micromation, hig h sensit ivity and integr ation of electr onic devices. But the measurementmet ho ds for piezo electric pr operties o f piezoelect ric thin films ar e ver y differ ent fro m those of bulk materials. T wocateg or ies of measur ing piezoelectric pro per ties o f piezoelect ric thin films wer e intr oduced in this paper: direct meas-urement(including pneumatic pr essure r ig, cant ilev er method, laser interfer ometer method and laser Do ppler vibr o-meter met ho d) and indirect measur ement( conventional impedance analy zer ). T he basic pr inciple, measurement char-acter izat ion, applicatio n status and problems wer e all illustrated in this paper, t he adv antag es/disadv antag es o f thesetechniques wer e co mpar ed fo r piezoelectr ic applicatio ns and the futur e dev elo pment of measurement characterizationof piezo electr ic thin f ilms w ere predicted.Key words: piezoelect ric thin film; piezoelectr ic coefficient; measurement methods压电薄膜作为一种很有前景的材料被广泛应目前,对于薄膜压电参数的测量方法有很多种,用在微机电系统( MEM S) 中, 比如微致动器、微泵、本文主要选取几种可靠性较好, 精度较高的方法加化学传感器及移动通信中的射频滤波器等。

微机电系统(MEMS)技术 MEMS压电薄膜机电转换特性的测量方法-最新国标

微机电系统（MEMS）技术MEMS压电薄膜机电转换特性的测量方法1 范围本文件规定了用于压电式微传感器和微执行器等器件的压电薄膜机电转换特性测量方法。

本文件适用于MEMS工艺制备的压电薄膜。

2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 26111微机电系统（MEMS）技术术语3 术语和定义GB/T 26111界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1单压电层梁unimorph beam document由基底和基底上的一层压电薄膜构成的梁。

3.2正横向压电系数direct transverse piezoelectric coefficient由应变或应力产生的电荷或电压，通过计算得到压电薄膜的横向压电系数。

3.3逆横向压电系数converse transverse piezoelectric coefficient由电场或电压引起的应变或应力，通过计算得到压电薄膜的横向压电系数。

4 MEMS压电薄膜试验台4.1 概述以下横向压电特性的测量方法适用于单压电层梁。

MEMS压电薄膜横向压电系数试验台的功能模块或组件的基本构成见图1。

试验台符号和名称见表1。

12标引序号说明： 1 被测压电薄膜2 与被测薄膜上下表面接触的电极（2a 为上电极，2b 为下电极）3 基底4 夹具5 线性执行器（不用于逆压电效应测量）6 位移计7 测量并计算正横向压电系数的电测量仪器（即电压表、电荷计、电流表、示波器或锁相放大器）和测量并计算逆横向压电系数的激励源（函数发生器和放大器）图1 MEMS 压电薄膜的正和逆横向压电系数试验台表 1试验台的符号和名称推导的横向压电系数（表 1 试验台的符号和名称（续）4.2 功能模块和组件4.2.1 概述MEMS压电薄膜横向压电系数试验台各核心功能模块或组件的具体说明见4.2.2至4.2.6。

压电薄膜材料的性能与性能特点

压电薄膜材料的性能与性能特点压电材料是实现机械能与电能相互转换的功能材料，它的发展有着十分悠久的历史。

自19世纪80年代从CURIE 兄弟在石英晶体上发现了压电效应后，压电材料开始引起人们的广泛注意，随着研究深入，不断涌现出大量的压电材料，如压电功能陶瓷材料、压电薄膜、压电复合材料等。

这些材料有着十分广泛的用途，在电、磁、声、光、热、湿、气、力等功能转换器件中发挥着重要的作用。

PVDF压电薄膜PVDF压电薄膜即聚偏氟乙烯压电薄膜，在1969年，日本人发现了高分子材料聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride polymer) 简称PVDF，具有极强的压电效应。

PVDF薄膜主要有二种晶型即α型和β型，α型晶体不具有压电性，但PVDF膜经滚延拉伸后，原来薄膜中的α型晶体变成β型晶体结构。

拉伸极化后的PVDF 薄膜在承受一定方向的外力或变形时，材料的极化面就会产生一定的电荷，即压电效应。

与压电陶瓷和压电晶体相比，压电薄膜主要有以下优点：（1）质量轻，它的密度只有常用的压电陶瓷PZT的四分之一，粘贴在被测物体上对原结构几乎不产生影响，高弹性柔顺性，可以加工成特定形状可以与任意被测表面完全贴合，机械强度高，抗冲击；（2）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；（3）高介电强度，可以耐受强电场的作用（75V/um），此时大部分压电陶瓷已经退极化了；（4）声阻抗低，仅为压电陶瓷PZT的十分之一，与水、人体组织以及粘胶体相接近；（5）频响宽，从10-3Hz到109均能转换机电效应，而且振动模式单纯。

因此在力学中可以测量应力和应变，在振动中可以制作加速度计和振动模态传感器，在声学上可以制作声辐射模态传感器和超声换能器以及用在主动控制中，在机器人研究中可以。

脉冲压力条件下PVDF压电薄膜的动态响应特性

表３冲击加载实验结果
８密封圈；一ＰＤ一９ＶＦ压力传感器；Ｏ垫圈Ｂ１一图２液体脉冲压力发生装置
２２信号调理．
ＰＤＶＦ压电薄膜作为传感元件可以看作是电荷发生器，其
输出的电学模型可以等效为电荷源，出的电荷接入电荷放大输
摘要：通过脉冲压力发生装置产生脉冲压力，究ＰＤ研ＶＦ压电薄膜的动态特性。使用ＰＤＶＦ压电薄膜制作一种测试脉冲压力的传感器，借助标准压阻传感器，测得ＰＤＶＦ压力传感器的灵敏度，算出灵敏度的不确定度，计并将ＰＤＶＦ压力
器输出信号引出后采用全桥接线接入超动态应变仪中供数据
采集设备采集。
表２ＥｄｖｏｍｄｌｎｅｃｏｅＡ压阻传感器参数
对数据进行拟合，得到ＰＤＶＦ压力传感器输入输出的线性拟合曲线，拟合方程为Ｙ＝１１．Ｘ＋６０４（图４，４５７．２９见）相关系数Ｒ＝．９６ＶＦ压力传感器的非线性度为１１％，标０９９。ＰＤ．２而准的１９１１Ｂ２压力传感器（电）非线性度为０３，准的压．％标Ｅｄｖｏｍｄｌ５１ｎｅｅｏｅ８１Ａ压力传感器的（阻）压非线性度为１２，．％可见ＰＤＶＦ压力传感器输入输出的线性度介于标准的压电传
ＤｙｍｉｓｏｓｆＰＶＤＦｎａｃＲｅｐｎｅｏＴｈｉｌｄｅｎＦｉｍｕｎｒＰｕｌｅＰｒｓｕｅｓｅｓｒ

压电薄膜传感器工作原理以及应用

压电薄膜传感器工作原理以及应用压电薄膜拥有独一无二的特性，作为一种动态应变传感器，非常适合应用于人体皮肤表面或植入人体内部的生命信号监测。

一些薄膜元件灵敏到足以隔着外套探测出人体脉搏。

本文将着重介绍几种压电薄膜在生命特征监护方面的典型应用。

工作原理当你拉伸或弯曲一片压电聚偏氟乙烯PVDF高分子膜（压电薄膜），薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号（电荷或电压），并且同拉伸或弯曲的形变成比例。

一般的压电材料都对压力敏感，但对于压电薄膜来说，在纵向施加一个很小的力时，横向上会产生很大的应力，而如果对薄膜大面积施加同样的力时，产生的应力会小很多。

因此，压电薄膜对动态应力非常敏感，28μm厚的PVDF的灵敏度典型值为10~15mV/微应变（长度的百万分率变化）。

使用‘动态应力’这个术语是因为形变产生的电荷会从与薄膜连接的电路流失，所以压电薄膜并不能探测静态应力。

当需要探测不同水平的预应力时，这反而成为压电薄膜的优势所在。

薄膜只感受到应力的变化量，最低响应频率可达0.1Hz。

压电薄膜传感器简介压电薄膜传感器拥有独一无二的特性，作为一种动态应变传感器，非常适合应用于人体皮肤表面或植入人体内部的生命信号监测。

一些薄膜元件灵敏到足以隔着外套探测出人体脉搏。

工采网将着重介绍几种压电薄膜在生命特征监护方面的典型应用。

压电薄膜传感器工作原理当你拉伸或弯曲一片压电聚偏氟乙烯PVDF高分子膜（压电薄膜），薄膜上下电极表面之间就会产生一个电信号（电荷或电压），并且同拉伸或弯曲的形变成比例。

因此，压电薄膜对动态应力非常敏感，28μm厚的PVDF的灵敏度典型值为10~15mV/微应变（长度的百万分率变化）。

使用‘动态应力’这个术语是因为形变产生的电荷会从与薄膜连接的电路流失，所以压电薄膜并不能探测静态应力。

压电薄膜特性参数的测量方法_王青萍

收稿日期:2009-01-19基金项目:国家高技术/八六三0计划基金资助项目(2007AA03Z120);国家自然科学基金资助项目(60777043) 作者简介:王青萍(1980-),女,陕西绥德人,硕士生,主要从事压电薄膜的性能研究。

文章编号:1004-2474(2009)04-0608-05压电薄膜特性参数的测量方法王青萍1,3,范跃农2,3,姜胜林3(1.湖北第二师范学院物理与电子工程系,湖北武汉430205;2.景德镇陶瓷学院机械电子工程系,江西景德镇333403;3.华中科技大学电子科学与技术系教育部敏感陶瓷工程研究中心,湖北武汉430074)摘要:随着电子元器件向微型、高灵敏、集成等方向发展,薄膜材料及器件在微机电(M EM S)系统中得到广泛应用,而测量压电薄膜特性参数的方法与体材料相比有很大的不同。

介绍了当前测量压电薄膜特性参数的两大类方法:直接测量法(包括气腔压力法、悬臂梁法、激光干涉法和激光多普勒振动法)和间接测量法(传统阻抗分析法),详细分析了这些方法的基本原理、测试表征、应用状况及存在的问题,比较了这些方法的优缺点,并对未来压电薄膜特性参数的测试表征作了展望。

关键词:压电薄膜;压电参数;测量方法中图分类号:T N30;T M 282 文献标识码:AMeasurement Methods for Piezoelectric Coefficient of Piezoelectric Thin FilmsWANG Qing -ping 1,3,FAN Yue -nong 2,3,JIANG Sheng -lin 3(1.H ub ei University of E ducation ,Physics &Electronics Dept.Wuhan 430205,Ch ina; 2.Jingdezhen Ceramic Institute,M ech anis m &Electronics Dept.,Jingdezhen 333403,China; 3.Dept.of Electronic Science and T ech nology,Engin eering Research Centre for Function al Ceramics M OE H uazhong University of Science and T ech nology,W uhan 430074,Chin a)Abstract:F ilm mater ials and dev ices have been widely used in micr o -electr omechanical sy stem (M EM S)system wit h the develo pment o f micromation,hig h sensit ivity and integr ation of electr onic devices.But the measurement met ho ds for piezo electric pr operties o f piezoelect ric thin films ar e ver y differ ent fro m those of bulk materials.T wo categ or ies of measur ing piezoelectric pro per ties o f piezoelect ric thin films wer e intr oduced in this paper:direct meas -urement(including pneumatic pr essure r ig,cant ilev er method,laser interfer ometer method and laser Do ppler vibr o -meter met ho d)and indirect measur ement(conventional impedance analy zer ).T he basic pr inciple,measurement char -acter izat ion,applicatio n status and problems wer e all illustrated in this paper,t he adv antag es/disadv antag es o f these techniques wer e co mpar ed fo r piezoelectr ic applicatio ns and the futur e dev elo pment of measurement characterization of piezo electr ic thin f ilms w ere predicted.Key words:piezoelect ric thin film;piezoelectr ic coefficient;measurement methods压电薄膜作为一种很有前景的材料被广泛应用在微机电系统(MEM S)中,比如微致动器、微泵、化学传感器及移动通信中的射频滤波器[1-4]等。

PVDF压电薄膜传感器的标定技术

PVDF压电薄膜传感器的标定技术PVDF压电薄膜传感器只能测量动态压力，因此我们要确定它的动态灵敏度系数。

本实验主要测试低应力下自制传感器的动态灵敏度，因此，采用落锤冲击装置对PVDF压电薄膜传感器进行标定实验。

一、落锤装置标定PVDF传感器的实验方案（一）实验原理PVDF压电薄膜传感器灵敏度标定装置是由标准压力传感器、PVDF压电薄膜传感器、1个2.2kg重锤（Ф60×100）、1个1mL油缸、1个油缸活塞杆（Ф8×70）、1个活塞杆定位套、两台电荷放大器、一台示波器等组成。

该装置是利用重锤、活塞杆和油缸中的硅油相互作用过程中形成毫秒量级的动态压力扰动，压力波形接近半个正弦波，在记录仪器中可以获取标准压力传感器的输出信号和被标压力传感器的输出信号，经数据处理后可以得到被标压力传感器的灵敏度和非线性误差水平，实现PVDF压电薄膜传感器的标定。

PVDF压电薄膜传感器灵敏度标定装置的主要参数如下：重锤质量约为M2=2200g，此值是设计与调试中主要控制参数之一；重锤最大落高约为hmax≈1300mm；重锤最大打击速度约为umax=（2ghmax）0.5=5m/s，此值是设计与调试中主要控制参数之一；油缸中硅油质量约为M1=1.2g，此值是设计与调试中主要控制参数之一；因为本实验需要的压力不高，所以直接手动用落锤打击产生超压。

（二）实验装置实验使用的实验装置主要由标准压力传感器、PVDF压电薄膜传感器、落锤冲击装置、两台电荷放大器、一台示波器。

（1）标准压力传感器。

我们采用比较测试法对PVDF压电薄膜传感器进行标定实验，对自制传感器和标准传感器输入相同的激励信号，通过测量它们的输出信息，比较两个传感器输出的电压波形，计算出PVDF压电薄膜传感器的灵敏度，其中标准传感器的灵敏度为2.436pc/bar。

（2）落锤装置。

落锤装置是由1个2.2kg重锤（Ф60×100）、1个1mL油缸、1个1.5m长圆筒式滑轨、1个油缸活塞杆（Ф8×70）、1个活塞杆定位套组成的。

pvdf压电薄膜静态法压电常数d31的测量装置及其测量方法

pvdf压电薄膜静态法压电常数d31的测量装置及其测量方法
PVDF压电薄膜静态法压电常数d31的测量装置包括以下部分：
1. PVDF压电薄膜：PVDF压电薄膜是测量装置的核心部分，其厚度一般为几十微米至几百微米。

2. 电极：电极是用来施加电场的，一般采用金属电极或导电聚合物电极。

3. 电源：电源用来提供电场，一般采用高压电源或信号发生器。

4. 电荷放大器：电荷放大器用来放大PVDF薄膜表面的电荷信号。

5. 数据采集系统：数据采集系统用来记录电荷信号和电场信号，一般采用示波器或数据采集卡。

测量方法：
1. 将PVDF压电薄膜固定在两个电极之间，保证薄膜表面光滑。

2. 施加电场，测量PVDF薄膜表面的电荷信号。

3. 改变电场的方向和大小，测量不同电场下的电荷信号。

4. 根据电荷信号和电场信号计算出PVDF压电薄膜的压电常数d31。

5. 重复以上步骤，取多组数据，计算平均值，提高测量精度。

纳米尺度压电薄膜PZT的结构特征和性能

ＬＩＭｉｎ，ＨＵＩＣｈｎ，ＸＵ－ｎ，ＷＡＮＧｉｇＵＮｉｎＰｎｕＡｉＬａＪｎ，ＳＪａ－ｉｇ
（ｎｔｔｔｏｆＭｉｒｎｎｉｎｅａｄＴｅｈｎｌｇＩｓｉｕｉｎｏｃｏａｄＮａｏＳｃｅｃｎｃｏｏｙ，ＳａｇｉｉｏｏｇＵｎｖｒｉｙＫｅｂ［ｉｌａｄｈｎｈａａｔｎｉｅｓｔｙＬａ．ｏｒＴｈｎＦｉＪｍｎ
ＭｉｏａｒａｉｎｏｎｓｒｆＥｕａｉｎＮａｉｎｌｙＬｂｆｎ／ｃｏＦｂｉｔｎＴｃｎｌｇ，ｈｎｈｉ０００Ｃｈｎ）ｃｆｂｉｔｆｒｃｏＭｉｉｔｙｏｄｃｔｔａＫｅａ．ｏｏｏＮａｏＭｉａｒａｉｅｈｏｏｙＳａｇａ２０３，ｉａｒｃｏ
纳米尺度压电薄膜ＰＴ的结构特征和性能Ｚ
李敏，惠春，爱兰，徐汪静，建平孙
（海交通大学微纳科学技术研究院、米／米加工技术国家重点实验室薄膜与微细技术教育部重点实验室，海２０３）上微纳上０００
中图分类号：０ＴＮ６４文献标识码：Ａ
ＳｔｕｔｒａａｔｒａｒｏｍａｅｏｒｃｕｅＣｈｒｃｅｎｄＰｅｆｒｎｃｆＰＺＴＴｈｎＦｉｍｔＮａｏｅｅｃｌｉｌａｎｍｔｒＳａｅ
Ａｂｔａｔｎｔｅｐｐｒｈｄｆｅｏ－ｌｍｅｈｄｒｔｉｅＯｆｂｉａｅＰＴｈｎｆｌｎＰｔＴｉＳＯ２Ｓｓｒｃ：Ｉｈａｅ，ｔｅｍｏｉｄＳ１ＧｅｔｏｓａｅｕｉｚｄｔａｒｃｔＺｔｉｉｉｌｍｓｏ／／ｉ／ｉ

基于PVDF压电薄膜的超声波测厚技术探究

设计与研发
２０１３．１９
基于ＰＶＤＦ压电薄膜的超声波测厚技术探究
申晓月
（中北大学信息与通信工程学院，山西太原，０３００５１）
摘要：开展了基于ＰＶＤＦ压电薄膜的超声波测厚技术研究，通过分析超声波是弹性机械波的一种，在同种均匀介质中，其传播声速一定，当从一种介质进入另一种介质时，在结构表面会发生反射作用。因此，我们可以认为超声波从被测试件的表面发出到接收到另一底面反射波信号的传播间隔时间与被测厚度值成正比关系，从而测量厚度的问题转化成测量超声波在试件中传播时间的问题。基于ＰＶＤＦ压电薄膜的超声波测厚技术将为快速便捷的测量厚度问题提供一种新的手段，并为将来测厚技术系统的开发奠定技术基础，具有工程应用价值。
ＳｈｅｎＸｉａｏｙｕｅ
（ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ＴａｉＹｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）
０引ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
本文以压力管道为研究对象，压力管道是输送有毒、可燃、易爆
ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｈｉｃｋｎｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂａｓｅｄｏｎＰＶＤＦｐｉｅｚ０ｅ１ｅｃｔｒｉｃｔｈｉｎｆｉｌｍｗｉｌ１ｐｒｏｖｉｄｅａｎｅｗｗａｙｗｈｉｃｈｃａｎｍｅａｓｕｒｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｒａｐｉｄｌｙ，ａｎｄｔｈｉＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｏｕｌｄｌａｙａｓｏｌｉｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｉｃｋｎｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＶＤＦ：ＰｉｅｚｏｅｌｅｅｔｒｉＣｔｈｉｎｆｉｉｍ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉＣｔｈｉｃｋｎｅｓｓ

pzt薄膜杨氏模量

PZT薄膜杨氏模量引言杨氏模量是描述材料刚度的物理量，它反映了材料在受力时的变形能力。

PZT薄膜是一种具有压电特性的材料，具有良好的机械和电学性能，因此在微电子器件、传感器和声波设备等领域得到广泛应用。

了解PZT薄膜的杨氏模量对于优化器件设计和性能评估至关重要。

本文将介绍PZT薄膜的基本概念、制备方法以及杨氏模量的测量方法和影响因素等内容。

PZT薄膜的基本概念PZT薄膜是由铅、锆和钛组成的铅锆钛酸铁薄膜。

它具有良好的压电和介电性能，可以在外加电场下发生形变，同时也可以将机械应变转化为电信号。

PZT薄膜通常以多晶形式存在，具有较高的晶界密度和较小的晶粒尺寸。

PZT薄膜通常通过溶液法、物理气相沉积法和射频磁控溅射法等方法制备。

其中，溶液法是最常用的制备方法之一。

通过将金属有机化合物、无机盐和溶剂混合，形成一种可溶性的前驱体溶液，然后通过旋涂、喷涂或浸涂等方法在基底上制备薄膜。

PZT薄膜杨氏模量的测量方法压电共振法压电共振法是一种常用的测量PZT薄膜杨氏模量的方法。

它基于压电共振现象，通过在PZT薄膜上施加交变电压，使其共振，并通过测量共振频率和厚度来计算杨氏模量。

悬臂梁法悬臂梁法是另一种常用的测量PZT薄膜杨氏模量的方法。

它基于悬臂梁的挠度与施加力之间的关系，通过在PZT薄膜上施加力，测量悬臂梁的挠度来计算杨氏模量。

压电力学方法压电力学方法是一种通过测量PZT薄膜在不同外加电场下的应变来计算杨氏模量的方法。

通过施加不同的电场，测量PZT薄膜的应变，然后根据应变和应力之间的关系计算杨氏模量。

影响PZT薄膜杨氏模量的因素晶格结构PZT薄膜的晶格结构对其杨氏模量有着重要影响。

晶格结构的变化会导致晶格常数的改变，从而影响杨氏模量的数值。

晶粒尺寸PZT薄膜的晶粒尺寸对其杨氏模量也有一定影响。

晶粒尺寸较小的薄膜通常具有较高的杨氏模量。

应力状态PZT薄膜的应力状态对其杨氏模量有较大影响。

应力状态的改变会导致杨氏模量的变化。

pfm压电蝴蝶曲线的意义

PFM压电蝴蝶曲线的意义引言在物理学领域，压电效应是指在某些晶体材料中，在受到外力作用时会产生电荷分离和电势差的现象。

其中，P F M压电蝴蝶曲线是一种常见且重要的现象，它在压电材料研究和应用中扮演着重要角色。

本文将探讨P FM压电蝴蝶曲线的意义，并介绍其在科学研究和技术应用中的潜在用途。

PF M压电蝴蝶曲线的定义P F M（Pi ez or es po ns e Fo rc eM ic ro sc opy）压电蝴蝶曲线是一种通过原子力显微镜（A FM）测量物质表面压电响应的方法。

在P FM实验中，通过在压电样品表面施加一个周期性的电场，可以观察到样品表面出现特殊的微观结构，其形状类似于蝴蝶的翅膀，因此得名压电蝴蝶曲线。

PF M压电蝴蝶曲线的意义1.压电材料研究P F M压电蝴蝶曲线为研究压电材料的微观压电行为提供了一种快速、高分辨率的方法。

通过观察蝴蝶状的曲线结构，研究人员可以获得材料的压电响应强度、蝴蝶形状的方向性以及不同区域的压电特性差异。

这对于设计和优化新型压电材料以及理解压电材料内部结构与性能之间的关系具有重要意义。

2.薄膜制备和特性研究P F M压电蝴蝶曲线在薄膜研究中也扮演着重要的角色。

通过对薄膜表面进行P FM测量，可以获得薄膜的压电特性、结构和形貌信息。

这对于薄膜材料的制备和性能研究具有重要意义，为薄膜技术的发展提供了重要的参考。

3.设备检测和质量控制P F M压电蝴蝶曲线在压电设备的检测和质量控制中具有广泛应用。

通过测量设备表面的PF M压电蝴蝶曲线，可以评估设备的压电性能、稳定性和一致性。

这对于制造商来说是非常重要的，可以确保生产出符合规格要求的高质量压电产品。

4.生物医学应用P F M压电蝴蝶曲线在生物医学应用中也显示出巨大的潜力。

由于生物组织中存在一定的压电响应，通过PF M技术可以实现对生物组织的高分辨率成像和功能研究。

这在疾病诊断、药物筛选和生物力学研究方面具有重要的应用前景。

gaas薄膜的霍尔测量

GaAs薄膜的霍尔测量是利用霍尔效应来测量GaAs薄膜的磁电特性的技术。

其测量步骤如下：
准备样品：选取一块GaAs薄膜作为样品，并将其切割成适当的大小。

霍尔电极制作：在样品的四个边缘上制作霍尔电极，用于测量电流和电压。

通常采用导电性能良好的金属材料作为电极材料。

磁场施加：通过外部磁场来改变样品的磁化状态，以便进行霍尔测量。

磁场可以由永磁铁或电磁铁产生。

测量霍尔电压：在样品上施加电流，并测量其上的霍尔电压。

霍尔电压的大小与样品的磁导率、载流子浓度和温度等因素有关。

数据处理：通过测量得到的数据，计算样品的磁阻、载流子浓度和霍尔系数等参数。

这些参数可以进一步用于分析GaAs薄膜的磁电特性。

需要注意的是，为了确保测量的准确性和可靠性，需要进行多次测量并取平均值。

此外，在进行测量前，需要对样品进行充分的表面处理和清洁，以避免表面污染对测量结果的影响。

同时，为了获得更准确的测量结果，还需要选择适当的测量仪器和设备，并进行正确的操作和维护。

基于PVDF压电薄膜的入水冲击压力测试技术

第43卷第5期2021年5月舰船科学技术SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.43,No.5May,2021基于PVDF压电薄膜的入水冲击压力测试技术张哲，李振旺，吴文婷，李巍，李博(中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082)摘要：本文针对入水冲击压力测试问题展开研究，自行设计了基于PVDF压电薄膜的传感器和用于标定该传感器的立式Hopkinson压杆标定系统，对PVDF压电薄膜传感器进行标定。

在此基础上进行入水冲击压力测试试验，测得了不同入水速度下的入水冲击压力，并结合数值计算的结果对试验数据进行了对比验证，基本验证了基于PVDF压电薄膜的入水冲击压力测试技术的可行性。

本文研究成果可以为射弹入水冲击压力的预报及测试提供一种技术手段，为结构设计提供一定基础。

关键词：PVDF；压电薄膜；Hopkinson压杆；入水冲击压力中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1672-7649(2021)05-0020-04doi：10.3404/j.issn.l672-7649.2021.05.004Research on the test technology of water impact pressure based on PVDFZHANG Zhe,LI Zhen-wang,WU Wen-ting,LI Wei,LI Bo(China Ship Scientific Research Center,Wuxi214082,China)Abstract:In this paper,the test technology of water impact pressure is studied.The sensor based on PVDF and SHPB used to calibrate the sensor are designed.The PVDF piezoelectric film sensor is calibrated.On this basis,the test of water impact pressure is carried out.The impact pressure under different water entry velocity was measured.The experimental data are compared with the numerical results.It basically verified the feasibility of the water impact pressure test technology based on PVDF piezo film.The research results of this paper can provide a technical means for the prediction and test of the water impact pressure of p rojectiles.It can provide foundation for structural design.Key words:PVDF；piezo film；SHPB；water impact pressure0引言超空泡射弹武器作为新一代水下防御武器，可弥补水下防御手段的不足，特别是搭载超空泡射弹武器后的直升机，具备水下40m范围内的快速扫雷能力。

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它们内部的气压时刻保持一致。向腔内充人（向或
Ｍｕｎｉ等ｒ报道的单束激光干涉法采用ｅｓｔ９Ｍｉｅｓｎ或ＭａｈＺｈｄｒｃｌｈｏｔ — ｅｎｅ方案，可检测到活动样品表面的微小位移。但单束激光干涉法有两个致命
Ａｂｔａｔｉｍａｅｉｌａｄｄｖｃｓｈｖｅｎｗｉｅｙｕｅｎｍｉｒ — ｌｃｒｍｅｈｎｃｌｙｔｍ（ＥＳｙｔｍｓｒｃ：ＦｌｍｔｒａｓｎｅｉｅａｅｂｅｄｌｓｄｉｃｏｅｅｔｏｃａｉａｓｓｅＭＭ）ｓｓｅ
摘
要：随着电子元器件向微型、灵敏、成等方向发展，膜材料及器件在微机电（ＭＳ系统中得到广高集薄ＭＥ）
泛应用，而测量压电薄膜特性参数的方法与体材料相比有很大的不同。介绍了当前测量压电薄膜特性参数的两大类方法：接测量法（括气腔压力法、臂梁法、光干涉法和激光多普勒振动法）间接测量法（统阻抗分析直包悬激和传法）详细分析了这些方法的基本原理、试表征、用状况及存在的问题，，测应比较了这些方法的优缺点，对未来压并
而，献报道中数据差异非常大，意味着很多测试文这技术是不准确和不可靠的。因此迫切需要提出一种能被人们广泛接受的标准的测量压电薄膜特性参数
的方法。
１直接测量法
１１气腔压力法．
气腔压力法是利用气压产生电荷，看上去简单
ｕｅｎ（ｎｌｄｎｎｕｔｃｐｅｓｒｉｒｍｅｔｉｃｕｉｇｐｅｍａｉｒｓｕｅｒｇ，ｃｎｉｖｒｍｅｈｄａｅｔｒｅｏｔｒｍｅｈｄａｄｌｓｒＤｐｌｒｖｂｏａｔｅｅｔｏ，ｌｓｒｉｅｆｒｍｅｅｔｏｎａｅｏｐｅｉｒ — ｌｎｍｅｅｔｏ）ｎｎｉｅｔｍｅｓｒｍｅｔｃｎｅｔｎｌｍｐｄｎｅａａｙｅ）Ｔｈａｉｐｉｃｐｅｔｒｍｅｈｄａｄｉｄｒｃａｕｅｎ（ｏｖｎｉａｉｅａｃｎｌｚｒ．ｅｂｓｃｒｎｉｌ，ｍｅｓｒｍｅｔｃａ — ｏａｕｅｎｈｒ
第４期
王青萍等：电薄膜特性参数的测量方法压
６９０
可靠。其工作原理是在压电薄膜的上下表面分别做出电极，电极上沉积一薄层硅，两个０型圈固在用
电转换方程计算出Ｌ。８］
此法的优点是灵敏度高，应速度快及可与半响
缺点：
腔外排出）高压氮气激发压电效应，而在薄膜表面从
和衬底背面都会建立一个静态压力Ａｐ。同时，与虚
ＷＡＮＧｎ－ｉｇ～，ＦＱｉｇｐｎＡＮｅｎｎ２，ＩＹｕ－ｏｇＪＡＮＧＳｅｇｌ。ｈｎ－ｉｎ
（．ＨｕｅＵｎｖｒｉｆＥｄｃｔ１ｂｉｉｅｓｔｏｕａｉｙｏｎ，ＰｈｓｃｙｉｓＥｌｃｒｎｃｐ．Ｗｕａ３２５，Ｃｈｎ；２ｉｇｅｈｎＣｅａｃＩｔｔｔｅｔｏｉｓＤｅｔｈｎ４００ｉａ．Ｊｎｄｚｅｒｍｉｎｓｉｕｅ。Ｍｅｈｎｓ＆Ｅｌｃｒｎｃｐ．．Ｊｎｅｈｎ３３０ｃａｉｍｅｔｏｉｓＤｅｔｉｇｄｚｅ３４３。Ｃｈｎ；３ｉａ．Ｄｅｔｏｅｔｏｉｃｅｃｎｃｏｏ。ｐ．ｆＥｌｃｒｎｃＳｉｎｅａｄＴｅｈｎｌｇｙ
收稿日期：０９Ｏ — ９２０一１１基金项目：家高技术 “ 六三 ” 划基金资助项目（０７国八计２０ＡＡ０Ｚ２）国家自然科学基金资助项目（０７０３３１ｏ；６７７４）作者简介：青萍（９０）女，西绥德人．王１８一，陕硕士生，要从事压电薄膜的性能研究。主
第３卷第４１期２０年８０９月
压
电
与
声
光
Ｖｏ．１Ｎｏ４１３．
Ａｕｇ２０９．０
ＰＩＯＥＬＥＥＺＣＴＥＣＴＲＩ＆ＡＣ０ＵＳＣＳＴ００ＰＣＳＴＩ
文章编号：０４２７（０９０ — ６８０１０ — ４４２０）４００ — ５
ａｔｒａｉｎｐｌａｉｎｓａｕｎｒｂｅｒｌｉｕｔａｅｎｔｉｐｐｒｈｄａｔｇｓｄｓｄａｔｇｓｏｈｓｃｅｉｔ，ａｐｉｔｔｔｓａｄｐｏｌｍｓｗｅｅａｌｌｓｒｔｄｉｈｓａｅ，ｔｅａｖｎａｅ／ｉａｖｎａｅｆｔｅｅｚｏｃｏｌ
的测试已做了很多工作，立了很多创新技术；建然
测量法利用正压电效应来研究薄膜的机械特性（应
力和应变）电学特性（和电压和电荷）的联系。本间文主要对当前测量压电薄膜特性参数的各种方法进行了分析和比较。
压电薄膜特性参数的测量方法
王青萍，跃农，胜林。。范姜
（．湖北第二师范学院物理与电子工程系，北武汉４００；．景德镇陶瓷学院机械电子工程系，西景德镇３３０；１湖３２５２江３４３３．华中科技大学电子科学与技术系教育部敏感陶瓷工程研究中心，湖北武汉４０７）３０４
化学传感器及移动通信中的射频滤波器ｌ等。对１
ＭＥＭＳ器件中压电薄膜的研究有助于新器件的建模和设计，因此，准确测量压电薄膜的特性参数十分
重要。由于薄膜受衬底材料的影响，其压电特性的表征与体材料相比有很大的不同。目前，国内对薄膜材料的压电测试表征极少，国外对薄膜压电参数
ＥｎｉｅｒｎｓａｃｎｒｏｒＦｕｃｉｎｌｒｍｉｓＭＯＥＨｕｚｏｇＵｎｖｒｉｙｏｃｅｃｎｃｎｌｇｇｎｅｉｇＲｅｅｒｈＣｅｔｅｆｎｔｏａＣｅａｃａｈｎｉｅｓｔｆＳｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙ，Ｗｕａ３０４，Ｃｈｎ）ｈｎ４０７ｉａ
压电薄膜作为一种很有前景的材料被广泛应
用在微机电系统（ＭＳ中，ＭＥ）比如微致动器、泵、微
目前，于薄膜压电参数的测量方法有很多种，对本文主要选取几种可靠性较好，精度较高的方法加
以介绍。这些方法主要分为直接测量法和间接测量法两类。前者利用正逆压电效应，接检测到由外直加电场产生的位移或施加负载产生的电荷，由此可导出逆压电参数（。）ｄ。或横向压电系数（。）ｅ。间接
电薄膜特性参数的测试表征作了展望。
关键词：电薄膜；电参数；量方法压压测
中图分类号：３；Ｍ２：Ａ
ＭｅｓｒｍｅｅｈｏｓｆｒＰｉｚｅｅｔｉｅｆｃｅｔｏｅ０ｌｃｒｃＴｈｉｌａｕｅｎｔＭｔｄｏｅ０ｌｃｒｃＣｏｆｉｉｎｆＰｉｚｅｅｔｉｎＦｉｍｓ
ｍｅｈｄｏｉｚｅｅｔｉｒｐｒｉｓｏｉｚｅｅｔｉｔｉｉｒｅｙｄｆｅｅｔｆｏｔｏｅｏｕｋｍａｅｉｌ．Ｔｗｏｔｏｓｆｒｐｅｏｌｃｒｐｏｅｔｆｐｅｏｌｃｒｃｈｎｆｍｓａｅｖｒｉｒｎｒｍｈｓｆｂｌｔｒａｓｃｅｌｆ
ｗｉｈｔｅｅｌｐｍｅｔｏｆｍｉｒｍａｉｔｈｅｄｖｏｎｃｏｔｏｎ，ｈｉｅｓｔｖｔｎｄｉｅｒｔｏｎｏｆｅｅｔｏｃｄｖｉｅ．Ｂｕｔｅｓｒｍｅｇｈｓｎｉｉｉｙａｎｔｇａｉｌｃｒｎｉｅｃｓｔｈｅｍａｕｅｎｔ
ｔｃｉｅｒｏｐａｅｏｒｐｉｚｌｃｒｃａｌｃｔｏｎｎｈｅｆｔｅｄｅｅｏｐｅｆｍｅｓｒｍｅｈｒｃｅｉａｉｎｅｈｎｑｕｓｗｅｅｃｍｒｄｆｅｏｅｅｔｉｐｐｉａｉｓａｄｔｕｕｒｖｌｍｎｔｏａｕｅｎｔｃａａｔｒｚｔｏｏｅｏｅｅｔｉｈｉｉｓｗｅｅｐｅｉｔｄ．ｆｐｉｚｌｃｒｃｔｎｆｌｒｒｄｃｅｍＫｅｒ：ｉｚｅｅｔｉｈｉｉｍ；ｐｅｏｅｅｔｉｏｆｉｉｎ；ｍｅｓｅｅｅｈｏｙｗｏｄｓｐｅｏｌｃｒｃｔｎｆｌｉｚｌｃｒｃｃｅｆｃｅｔａｕｒｍｎｔｍｔｄｓ