結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)在保障關(guān)鍵結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)安全性、降低維護成本、延長結(jié)構(gòu)服役壽命等方面意義重大。傳感器是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù),現(xiàn)有硬質(zhì)傳感器因粘結(jié)耦合到待測結(jié)構(gòu)所帶來的檢測結(jié)果可靠性差、附加質(zhì)量重、體積大等諸多局限,難以在實際工程結(jié)構(gòu)中全面應(yīng)用。柔性傳感技術(shù)是解決現(xiàn)有結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測問題的重要方向。新型柔性傳感技術(shù)利用聚合物等柔性材料,結(jié)合新型制備工藝,可將整個傳感網(wǎng)絡(luò)直接制備于待測結(jié)構(gòu),靈活布置于復(fù)雜形廓位置,具有檢測靈敏度高、重量輕、柔性好、可設(shè)計等優(yōu)點。本文將針對主流的基于超聲技術(shù)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法,研發(fā)基于共聚物聚偏氟乙烯-三氟乙烯（PVDF-TrFE）的高性能柔性壓電薄膜材料,并以此研制柔性超聲傳感單元,完成多種形式的主被動監(jiān)測,為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)在航空航天、軌道交通等工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供關(guān)鍵的技術(shù)保障,為提供可靠、易用、適用性強的柔性復(fù)合壓電材料薄膜傳感器進行有益的嘗試。本文通過ZnO對P（VDF-TrFE）進行摻雜改性,旨在提高薄膜β相含量,進一步提高壓電系數(shù)而制備出性能可靠的柔性超聲傳感器。通過摻雜不同質(zhì)量分數(shù)的ZnO納米顆粒并協(xié)同正丙胺（PA）和1H,1H,2H,2H-全氟辛基三... 

【文章來源】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

正逆壓電效應(yīng)示意圖

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文5偏離和反轉(zhuǎn)在壓電材料的上下表面造成正負電荷分離，從而使得P(VDF-TrFE)具有壓電效應(yīng)(Fukada,2006)。因此，在制備壓電傳感器時極化的條件決定P(VDF-TrFE)最終的壓電性能。壓電材料的極化主要分為四類：電子極化、離子極化、偶極子極化和界面極化(日野朗等,1988)。壓電聚合物通常采用偶極子極化，即將壓電聚合物內(nèi)部的偶極子按照一定的取向進行極化，這種方式使具有永久偶極子的壓電材料中的壓電效應(yīng)能夠保持幾個月甚至是幾年。P(VDF-TrFE)在強電場作用下，使得P(VDF-TrFE)中隨機分布的偶極子產(chǎn)生一定方向的取向，偶極子的取向取決于施加電場的方向。偶極子極化通常分布在弛豫區(qū)間，在電場撤銷之后，大部分偶極子會保持現(xiàn)有取向，極化強度保持定值成為剩余極化。高溫能夠使分子的運動加劇，偶極子克服周圍分子阻力，回到隨機取向狀態(tài)，產(chǎn)生退極化的狀態(tài)(壓電性能損失)。圖1-2電滯回線示意圖Fig.1-2Schematicdiagramofhysteresisloop上圖1-2，電滯回線是壓電材料釋能曲線和儲能曲線完全重合現(xiàn)象的反映，能夠代表極化后壓電材料的壓電性能，能夠反映在一定電場強度之下，電場與極化強度非線性關(guān)系和壓電材料的介電儲能密度(Damjanovic,2006)。為飽和極化強度，P(VDF-TrFE)置于極化電場中，壓電材料中的偶極子完全按照電場方向偏轉(zhuǎn)，達到飽和極化強度。部分偶極子在電場撤銷后會偏離或回到原位，但絕大部分偶極子在強電場作用后方向永久改變，最終形成剩余極化強度。壓電材料的介電性能通常為非線性模型，即電極化強度跟電場強度不是線性關(guān)系。因此，非線性壓電材料在機械能和電能的轉(zhuǎn)化過程中也是非線性過程，而線性材料的釋能曲線和儲能曲線完全重合。電滯回線也正是說明這種非線性關(guān)系的存在。線性材

由于其構(gòu)象的特殊性，重復(fù)結(jié)構(gòu)單元TTTG構(gòu)象單元組成，單斜晶系的晶體結(jié)構(gòu)使得其具有比α相更強的壓電性，通常是通過一定的加熱加壓下加工制成，并通過高溫退火能夠得到。相具有全反式(All-trans,TTTT)構(gòu)型，H和F構(gòu)成的偶極矩完全平均分布在高分子主鏈兩側(cè)，并且垂直于主鏈，因此造成了較大的偶極矩。具有全反式構(gòu)型的相F原子和H原子分列在主鏈兩側(cè)，在強電場的作用下，一對F原子和一對H原子構(gòu)成的偶極子按照電場方向偏轉(zhuǎn)一致，分子的相對偶極矩不為零，這也是含有相較多的PVDF具有較好的壓電性能和熱釋電性能(Gregorioetal.,1999)。圖1-3分子鏈結(jié)構(gòu)圖Fig.1-3molecularchainstructurediagram

【參考文獻】：
期刊論文
[1]壓電陶瓷材料電學(xué)性能參數(shù)測量研究[J]. 趙壽根,程偉.  壓電與聲光. 2005(02)



本文編號：3405700