壓電薄膜的機理與應用

本章簡要論述了聚偏氟乙烯（PVDF）壓電薄膜的結構與性質，介紹了薄膜的壓電性產生的機理，概述了PVDF壓電材料的應用。

1.前言

當在某些材料上施加機械應力時，材料的表面會有與應力成比例的電荷出現，這種材料就稱為壓電材料。壓電材料包括壓電晶體、壓電陶瓷和壓電聚合物。

材 料的壓電現象是J.居里和P.居里兄弟與1880年首先在晶體中發現的。本世紀40年代中期，美國、前蘇聯和日本又發現了鈦酸鋇陶瓷的壓電效應，制成壓電 陶瓷。聚合物壓電性的研究始于生物物質，如木材。羊毛和骨頭等，后來擴大到合成高聚物，但由于壓電性不高，均無實用意義。1969年日本的H.Kawai 報道了聚偏氟乙二烯（PVDF）在高溫高電壓下極化后可產生有工業應用價值的壓電性，使壓電聚合物的研究發生了歷史性的轉折。此后聚合物的壓電性及其應用 引起各國學者的極大興趣，二十多年代時間里，從理論、實驗到實際應用開發都得到了迅速的發展。

2.PVDF的壓電性

壓電性是電介質的力學性質與電學性質的耦合，它嚴格建立在熱力學基礎之上，根據變量的不同，可變大為下面的Maxwel關系：