《生物医学工程学进展》2023年第44卷第2期生物材料与分子生物学·119·doi:10.3969/j.issn.1674-1242.2023.02.002①聚偏二氟乙烯膜的压电仿真及结构优化颜丽琴，严荣国，郭旭东（上海理工大学健康科学与工程学院，上海200093）【摘要】聚偏二氟乙烯（PVDF）可用于设计贴合人体的柔性压力传感器，具有广泛的研究和应用前景。但PVDF的压电常数低，传感器灵敏度受到限制。为了研究PVDF膜在应用于压力传感器时的压电性能，利用COMSOL建立压电仿真模型，计算稳态下PVDF膜承受低压力载荷产生的电势、表面电荷密度及应力分布。对比仿真结果与理论计算值，验证了所建立的仿真方法和仿真模型的正确性。仿真发现，采用刚性基底的PVDF膜在长、宽方向产生的应力对压电性能有减弱作用，进一步验证了通过缩减PVDF膜的长、宽，可以提升压电性能的几何结构优化方法。此外，仿真对比了刚性、柔性基底下PVDF膜的应力状态，并发现柔性基底下的应力状态可导致明显更高的压电输出。该研究结合了仿真方法与压电理论，可以为PVDF材料的其他基础研究提供方法参考，研究结果可以为PVDF柔性压力传感器的结构设计和优化提供启发，以期获得更高的传感器灵敏度。【关键词】聚偏二氟乙烯（PVDF）；压电效应；COMSOL仿真；柔性压力传感器；灵敏度【中图分类号】TB324【文献标志码】A文章编号：1674-1242（2023）02-0119-09PiezoelectricSimulationandStructuralOptimizationofPVDFFilmsYANLiqin,YANRongguo,GUOXudong(SchoolofHealthScienceandEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)【Abstract】PVDFhasagreatpotentialtobeacorematerialfordesigningflexiblepressuresensorsfitonthehumanbody.However,thepiezoelectricconstantofPVDFislowandthesensorsensitivityislimited.InordertostudythepiezoelectricpropertiesofPVDFfilmswhenappliedtopressuresensors,apiezoelectricsimulationmodelisestablishedusingCOMSOLtocalculatethepotential,surfacechargedensityandstressgeneratedbyPVDFfilmunderalow-pressureloadinsteadystate.Thecorrectnessofthesimulationmethodandmodelisverifiedbycomparingthesimulationresultswiththepiezoelectricequationcalculationresults.ItisfoundthestressgeneratedinthelengthandwidthdirectionsofPVDFfilmusingrigidsubstrateweakensthepiezoelectricproperties,thenastructuraloptimizationmeth...
