孔隙率对生物医学应用聚偏二氟乙烯薄膜压电特性的影响

聚偏二氟乙烯 (PVDF) 是一种压电聚合物材料，作为压力和流量传感器，特别是在生物医学应用中，表现出了巨大的潜力。然而，大多数PVDF薄膜传感器由于其有限的压电特性而导致灵敏度和分辨率较低。

提高 PVDF 薄膜压电性能的一种方法是在材料结构中引入纳米孔。可以预见，经纳米多孔结构修饰的 PVDF 薄膜非常适合生物传感应用，例如在通过经导管主动脉瓣置换术 (TAVR) 植入人工瓣膜后主动脉血流的体外研究中监测血流动力学流动，因为它们具有高压电系数、灵活性和轻重量。

在最近发表在BME Frontiers上的一篇论文中，明尼苏达大学德卢斯分校 (UMD) 的一个团队深入研究了孔隙率对 PVDF 薄膜机械和压电性能的影响。对具有不同孔隙率和孔径大小的薄膜 PVDF 样品进行应变跟踪，以确定样品的机械性能。

利用机械特性在 COMSOL Multiphysics 软件中对 PVDF 材料进行建模，其中进行压缩测试模拟以确定 PVDF 的压电系数 d33。发现弹性模量的下降与样品的孔隙率高度负相关，并且模拟结果表明弹性模量对压电性能的影响比泊松比大得多。

实验和计算技术的结合能够表征不同孔隙率的 PVDF 薄膜的 机械性能及其压电性能并将其关联起来。

了解弹性模量和泊松比等材料特性如何影响 PVDF 薄膜的压电性能，以及如何通过改变材料的孔隙率来控制这些特性，对于进一步开发 PVDF 作为压力传感材料至关重要。通过提高 PVDF 的压电性能，可以为血流动力学监测等生物医学应用开发更灵敏、更可靠的压力传感器。