生物医学用途向けポリフッ化ビニリデンフィルムの圧電特性に対する空隙率の影響

2023 年 7 月 13 日

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by BMEフロンティアズ

ポリフッ化ビニリデン (PVDF) は圧電ポリマー材料であり、特に生物医学用途において、圧力および流量センサーとして優れた適性を示しています。 ただし、ほとんどの PVDF 薄膜センサーは圧電特性が限られているため、感度と解像度が低くなります。

PVDF フィルムの圧電性能を向上させる 1 つの方法は、材料の構造内にナノ細孔を導入することです。 ナノ多孔質構造によって修飾された PVDF フィルムは、経カテーテル大動脈弁置換術 (TAVR) による人工弁の移植後の大動脈内の血流の in vitro 研究中の血行動態のモニタリングなどのバイオセンシング用途に非常に適していると想定されています。高い圧電係数、柔軟性、軽量です。

BME Frontiers に掲載された最近の研究では、ミネソタ ダルース大学 (UMD) のチームが、PVDF フィルムの機械的および圧電的特性に対する多孔性の影響について詳細な調査を実施しました。 ひずみ追跡は、さまざまなレベルの気孔率と細孔サイズを備えた薄膜 PVDF 試験片に対して実行され、試験片の機械的特性を決定しました。

この機械的特性を使用して、COMSOL Multiphysics ソフトウェアで PVDF 材料をモデル化し、圧縮試験シミュレーションを実行して PVDF の圧電係数 d33 を決定しました。 弾性率の低下は試験片の気孔率と非常に逆相関していることが判明し、シミュレーション結果は弾性率がポアソン比よりも圧電特性にはるかに大きな影響を与えることを示しています。

実験技術と計算技術を組み合わせることで、さまざまな多孔率の PVDF フィルムの機械的特性を特徴づけ、圧電特性と相関させることができました。

弾性率やポアソン比などの材料特性が PVDF フィルムの圧電性能にどのように影響するか、また材料の多孔率を変更することでこれらの特性をどのように制御できるかを理解することは、圧力検出材料として PVDF をさらに開発するために重要です。 PVDF の圧電性能を向上させることで、血行動態モニタリングなどの生物医学用途向けに、より高感度で信頼性の高い圧力センサーを開発できます。

詳しくは： Jack T. Kloster et al、生物医学用途のためのポリフッ化ビニリデンフィルムの圧電特性に対する空隙率の影響、BME Frontiers (2023)。 DOI: 10.34133/bmef.0009

提供：BMEフロンティアーズ