荷兰的研究人员最近开发了一种简单可靠的超声喷涂方法，用于工业化生产压电聚偏二氟乙烯（PVDF）薄膜。这种方法能够在不需要强烈极化或拉伸过程的情况下，实现大规模的薄膜制造。
制造方法
PVDF薄膜是一种高度惰性的热塑性氟聚合物，广泛应用于需要高纯度、强度以及耐溶剂、酸和热的场合。PVDF在极化时表现出有效的压电和热电特性，使其在传感器和电池等应用中尤为重要。
常见的PVDF薄膜制造方法包括旋涂、电纺丝和铸造法。然而，这些方法通常需要后处理步骤（如拉伸、极化或淬火）来实现极性相，因此不适合大规模生产。研究团队确定了电喷涂沉积（ESD）和喷涂方法作为新兴的PVDF薄膜制造技术，具有低成本、良好的大面积均匀性和快速加工时间等优点。
通过添加超声波技术，研究人员相信这些优势可以得到增强。因此，他们开发了一种无喷嘴的超声喷涂系统，能够制造具有增强压电特性的自由支撑PVDF薄膜。
与传统喷涂系统相比，这种系统的优势在于由于液体的雾化和机械振动形成的更小液滴，最终薄膜的均匀性得到了提升。该系统的灵活性使得制造复杂设计和形状的设备成为可能，同时能够使用多种基材材料。这一能力将PVDF薄膜应用于更具创新性的技术中。
超声波加工
在PVDF薄膜的应用中，研究团队使用了一种无喷嘴的超声喷涂系统（PRISM-400-BT），制造了厚度为5微米和9微米的压电聚合物薄膜。该系统能够精确控制气压、溶液流量、喷嘴距离和基材温度。
该超声喷涂系统成功地制造出了具有高压电系数（d33 = 48 pm/V）的纯PVDF薄膜。此外，还获得了具有56%高度晶体结构的PVDF薄膜，主要为β相，适用于柔性和透明工程设备，而无需后处理步骤。
研究人员发现，薄膜的均匀性是实现压电特性和改善PVDF薄膜压电响应的关键因素。超声喷涂法被证明是一种简单可靠的高均匀性实现方法。
“获得的d33值与通常由昂贵的PVDF-TrFE薄膜获得的值相当，说明超声喷涂方法能够一步实现大规模、低成本和高质量的压电薄膜生产。”研究者说。
此外，超声喷涂系统还能够制造复杂设计的柔性和可穿戴电子设备，进一步扩展其应用于更先进的技术。因此，超声喷涂方法为高质量纯PVDF薄膜在多个行业和大规模工程应用中的使用打开了新可能。
创新工艺
近年来，PVDF薄膜在压电设备制造中引起了广泛关注，因为它们具有高灵敏度、机械柔性、多技术兼容性和稳定性。虽然传统的PVDF薄膜制造方法存在需要额外处理（如极化或机械拉伸）以提高材料压电性的缺点，但荷兰团队展示了一种更好的PVDF薄膜生产方式：“我们证明了超声喷涂法能够一步实现大规模、低成本的PVDF薄膜生产。”