المواد الخزفية الكهرضغطية هي مواد وظيفية تحقق التحويل بين الطاقة الميكانيكية والطاقة الكهربائية (2)

التحضير الحراري المائي للأغشية السميكة له العديد من المزايا:

① تكتمل هذه العملية في الطور السائل في وقت واحد، ولا يلزم إجراء معالجة حرارية للتبلور لاحقًا، وبالتالي تجنب العيوب مثل التشقق أو خشونة الحبوب أو التفاعل مع الركيزة أو الجو الذي قد يحدث أثناء عملية المعالجة الحرارية؛
②يتم استخدام المواد غير العضوية كسلائف، ويستخدم الماء كوسيلة للتفاعل، والمواد الخام متاحة بسهولة، ويتم تقليل تكلفة إعداد الفيلم، والتلوث البيئي أقل؛
③ المعدات بسيطة ودرجة حرارة المعالجة الحرارية المائية منخفضة، مما يتجنب الانتشار البيني لمكونات الفيلم والركيزة قبل وبعد المعالجة الحرارية المائية. الفيلم الناتج لديه درجة نقاء عالية وتوحيد جيد. بالإضافة إلى ذلك، عند استخدام هذه الطريقة لتحضير الأغشية السميكة، يمكن ترسيب الأغشية السميكة على أسطح الركيزة ذات الأشكال المعقدة المختلفة. تتمتع الأفلام السميكة الناتجة بمزايا معينة تتمثل في الاستقطاب التلقائي والتباطؤ المنخفض والترابط الجيد مع الركائز. في الوقت الحاضر، جذبت هذه الطريقة المزيد والمزيد من الاهتمام.

6. طريقة الترسيب الكهربي
يشير الترسيب الكهربي (EPD) إلى تشتيت المسحوق الناعم المحضر بنفس تركيبة الغشاء السميك في المعلق لتشكيل تعليق بتركيزات مختلفة من لوحة كريستال كهرضغطية . يتم ضبط قيمة الرقم الهيدروجيني للتعليق بمحلول حمضي-قاعدي. يتم الحصول على تعليق مستقر من خلال التشتت بالموجات فوق الصوتية والتحريك المغناطيسي، وتحت الضغط المستمر، يتم نقل جزيئات الشحن بشكل مباشر تحت تأثير المجال الكهربائي، وبالتالي الحصول على فيلم سميك بسماكة معينة. يتميز الفيلم السميك المحضر بهذه الطريقة بمزايا المعدات البسيطة، وتشكيل الفيلم بسرعة، والشكل غير المحدود للأجزاء المطلية، وسمك الفيلم الموحد ويمكن التحكم فيه، وما إلى ذلك. يمكن أن يصل الفيلم السميك الناتج إلى عشرات الميكرونات، والتركيب موحد وكثيف.

تطبيقات مواد الأغشية الرقيقة الكهرضغطية
تستخدم الأغشية الكهرضغطية على نطاق واسع بسبب أدائها الممتاز. يمكن استخدام الأغشية السميكة الكهرضغطية لتصنيع مجموعة متنوعة من الأجهزة الصغيرة، مثل المضخات الصغيرة، والمحركات فوق الصوتية، والرنانات، وأجهزة استشعار الأغشية السميكة الكهروضوئية، ومشغلات الأغشية السميكة، ولاقطات الطاقة الدقيقة، وما إلى ذلك.
 
1. الهيدروفون والسونار
هيدروفون أحادي الحجاب الحاجز من إنتاج شركة جنرال إلكتريك مع فيلم كهرضغطية PVDF بسمك 2.5 ميكرومتر كركيزة، ويمكن استخدامه في المحولات الطبية ومحولات الطاقة في تجربة الاقتراب من الموت، ويمكن استخدامه في نطاق 0.5 ~ 50 هرتز التوصيف والمعايرة، نظرًا لاستقرار هذه الأجهزة وتكرارها على المدى الطويل، تم استخدام خصائص السماعات المائية لتطوير أداة جديدة متعددة العناصر. يتكون نظام السونار للمسح تحت الماء من 100 هيدروفونات من مادة PVDF لأجهزة السلامة / الإنقاذ تحت الماء. يستخدم النظام الوضع السلبي بتردد تشغيل يتراوح من 1 إلى 1000 هرتز. ويمكن أيضًا تشغيله في الوضع النشط بثلاثة ترددات مختلفة. يمكن اكتشافه بهذا النظام. كما يمكن للغواصات الصغيرة التي يصل مداها إلى 3 كيلومترات اكتشاف محركات يصل مداها إلى 600 متر، ويكون انحراف الزاوية أقل من 5 ملم. يُظهر نموذج حساب المضخم المائي الحديث أنه إذا تم تصميم عنصر PVDF بشكل صحيح في العرض التوضيحي للنظام، فيمكن للمضخم المائي اكتشاف الإشارات التي تزيد عن 10 ديسيبل.

2. المانعة للحشف
يتمتع محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية الكهروإجهادية بآفاق واسعة جدًا في التطبيقات المضادة للحشف على السفن. في الوقت الحاضر، أجرى المعهد الوطني للأبحاث وجامعة مونتريش في فرنسا أبحاثًا حول مقاومة قاذورات الأغشية الكهرضغطية. لقد ثبت أن الفيلم الكهرضغطي أكثر فعالية لقياس اهتزاز البوليمر في الغلاف. ولذلك يمكن استخدامه لمنع اقتراب معظم الكائنات البحرية التي من شأنها أن تسبب تلوث السفن. بالإضافة إلى ذلك، يقوم معهد دلفت للأبحاث العلمية في هولندا بتوسيع الاستنتاجات التي حصل عليها لتشمل الهياكل المعدنية الأكبر حجما، مثل أصداف السفن التجارية أو السفن. وفي الوقت نفسه، تتم دراسة نفس المبدأ حول كيفية إنتاج الأسطح المضادة للتجمد على الطائرات.

3. الطب
في الوقت الحاضر، يدرس الناس بنشاط تطبيق PVD F في الطب. في العديد من البلدان، يموت العديد من الأطفال بسبب متلازمة موت الرضيع المفاجئ (SIDS) أو متلازمات أخرى كل عام. ومن أجل الحد من معدل الوفيات المفاجئة للرضع، تقوم ثلاث شركات على الأقل في هولندا وألمانيا والولايات المتحدة بإنتاج جهاز مراقبة التنفس. تضع هذه الشاشة بساطًا مزودًا بفيلم PVDF كهرضغطية تحت جسم الطفل لمراقبة الاهتزاز الطفيف الناتج عن التنفس ونبض القلب (خاصة في الليل) بشكل مستمر. على مدى فترة من الوقت، سيتم إطلاق إنذار، والذي يمكن أن يمنع وفاة الطفل اختناقًا في الوقت المناسب وبفعالية.

4. الأقطاب الكهربائية
إذا كان السطح الخارجي للقطب الكهربائي مغطى بطبقة من البوليمر الكهرضغطي PVDF، فيمكنه تحويل المعلومات مثل الاهتزاز والتأثير والضغط والإجهاد والإجهاد إلى إشارات كهربائية. بالنسبة لهذا النوع من الأقطاب الكهربائية، بالنسبة للإدخال شبه الثابت من التردد المنخفض إلى التردد العالي، يمكن أن يحتفظ خرجه دائمًا بخصائص التردد الخاصة به، ويرتبط إخراج الإشارة الكهربائية خطيًا بالضغط المطبق. وفي الوقت نفسه، يتمتع هذا القطب أيضًا بثبات جيد في درجة الحرارة، ومناسب لبيئات مختلفة من -40 ~ 70 درجة مئوية. يتراوح النطاق بشكل عام من 0.25 إلى 25 p C / N. عن طريق لف الصفيحة الكهرضغطية الضيقة في دائرة، يمكن الحصول على قطب كهربائي حساس بقيمة 40 p C / N.

5. الطيران والملاحة
يعد 'نظام التفتيش التلقائي عن بعد المحمول' الذي طورته شركة Sigma Research، والمختصر بـ PAR IS، أحد الأجهزة المتقدمة الأولى التي تدخل عصر السلع الأساسية. تم تصميم هذا النظام خصيصًا للفحص في الموقع للهياكل ذات الطبقات أو المركبة ذات المساحة الكبيرة.

العنصر الأساسي في المستشعر الكهربائي الانضغاطي عبارة عن فيلم كهرضغطية PVDF قابل للتشوه مقاس 200 × 200 مم، والذي يحتوي على 1024 محول طاقة. مرونة هذا الفيلم جيدة جدًا، ويمكنه أن يتناسب تمامًا مع السطح المنحني بنصف قطر انحناء يبلغ 4. يحتوي الجهاز المتصل به أيضًا على وحدة تحكم محمولة باليد، وأخذ عينات من البيانات وجهاز عرض. يحتوي جهاز الاستقبال هذا على نسبة إشارة إلى ضوضاء إجمالية تبلغ 100 ديسيبل وتردد مركزي يبلغ 2.5 ميجاهرتز. يمكن استخدام مركبات الجرافيت والإيبوكسي الموجودة على الطائرات أو الهياكل الكبيرة على متن السفن لإجراء اختبارات ملائمة. وبالنسبة للألمنيوم والصلب، فقد تم بالفعل الحصول على نتائج مرضية في هذا الصدد. بالنسبة لهذا التطبيق الخاص لـ PVDF، فقد وجد أن الفيلم ذو القطبية ثنائية المحور أكثر ملاءمة من القطبية أحادية المحور.

6. المراقبة الهيكلية
للفيلم الكهرضغطي PVD F أيضًا تطبيقات معينة في المراقبة الهيكلية. تم إجراء دراسة منهجية حول الخصائص الأساسية لهيكل مراقبة الفيلم الكهرضغطي PVDF، وتم إجراء اختبار استجابة ديناميكي وثابت لهيكل مراقبة الفيلم الكهرضغطي PVDF. وفي الوقت نفسه، تم أيضًا إجراء بحث أولي حول حمل الصدم للهيكل باستخدام فيلم PVDF الكهرضغطي. أظهرت النتائج أن استخدام الفيلم الكهرضغطي PVD F يمكن أن يراقب حمل التأثير على الهيكل في الوقت الفعلي ويمكن أن يعكس الضرر الناتج عن التأثير على الهيكل في الوقت المناسب. نظرًا لأن تطبيق مواد الأغشية الرقيقة الكهرضغطية أصبح أكثر اتساعًا، فسيتم تطويره بشكل جيد في المستقبل. سوف تتطور أيضًا تكنولوجيا تصنيع الأغشية الرقيقة الكهرضغطية نحو الكفاءة العالية والتكلفة المنخفضة والجودة العالية. ونظرًا لأن طريقة CVD تتمتع بتغطية أفضل، فيمكن ترسيبها على الثقوب العميقة أو الدرجات أو المنخفضات أو غيرها من الأشكال المعقدة ثلاثية الأبعاد. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لطريقة ترسيب البخار الكيميائي أيضًا التحكم في النسبة المتكافئة للفيلم المحضر في نطاق واسع، وهو أمر بارز جدًا مقارنة بالطرق الأخرى.
التكلفة وتكلفة التشغيل لمعدات ترسيب البخار الكيميائي منخفضة نسبيًا، وهي مناسبة للإنتاج الضخم والإنتاج المستمر، ولها توافق جيد مع إجراءات المعالجة الأخرى. لذلك، في المستقبل، سيتم تطبيق استخدام طريقة CVD لإعداد الأفلام الكهرضغطية بشكل جيد، وسيتم استخدام الأفلام الكهرضغطية بشكل أفضل.