Влияние пористости на пьезоэлектрические характеристики пленок поливинилиденфторида биомедицинского назначения

13 июля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

корректура

от BME Frontiers

Поливинилиденфторид (ПВДФ) — это пьезоэлектрический полимерный материал, который показал большие возможности в качестве датчика давления и расхода, особенно в биомедицинских приложениях. Однако большинство тонкопленочных датчиков из ПВДФ имеют низкую чувствительность и разрешение из-за ограниченных пьезоэлектрических характеристик.

Одним из способов улучшения пьезоэлектрических характеристик пленок ПВДФ является введение нанопор в структуру материала. Предполагается, что пленки ПВДФ, модифицированные нанопористыми структурами, хорошо подходят для биосенсорных приложений, таких как мониторинг гемодинамического потока во время in vitro исследований кровотока в аорте после имплантации протезного клапана посредством транскатетерного протезирования аортального клапана (TAVR) благодаря их высокие пьезоэлектрические коэффициенты, гибкость и малый вес.

В недавней работе, опубликованной в BME Frontiers, группа из Университета Миннесоты в Дулуте (UMD) провела углубленное исследование влияния пористости на механические и пьезоэлектрические свойства пленок ПВДФ. Отслеживание деформации проводилось на тонкопленочных образцах ПВДФ с различными уровнями пористости и размерами пор для определения механических свойств образцов.

Механические свойства были использованы для моделирования материала ПВДФ в программном обеспечении COMSOL Multiphysicals, в котором было проведено моделирование испытаний на сжатие для определения пьезоэлектрического коэффициента d33 ПВДФ. Было обнаружено, что снижение модуля упругости обратно коррелирует с пористостью образцов, а результаты моделирования показывают, что модуль упругости оказывает гораздо большее влияние на пьезоэлектрические свойства, чем коэффициент Пуассона.

Сочетание экспериментальных и вычислительных методов позволило охарактеризовать и соотнести механические свойства пленок ПВДФ различной пористости с их пьезоэлектрическими свойствами.

Понимание того, как свойства материала, такие как модуль упругости и коэффициент Пуассона, влияют на пьезоэлектрические характеристики пленок ПВДФ и как этими свойствами можно управлять путем изменения пористости материала, имеет решающее значение для дальнейшего развития ПВДФ как материала, чувствительного к давлению. Улучшив пьезоэлектрические характеристики ПВДФ, можно разработать более чувствительные и надежные датчики давления для биомедицинских приложений, таких как гемодинамический мониторинг.

Больше информации: Джек Т. Клостер и др., Влияние пористости на пьезоэлектрические характеристики пленок поливинилиденфторида для биомедицинских применений, BME Frontiers (2023). DOI: 10.34133/bmef.0009

Предоставлено BME Frontiers