Self-Polarisasi Film PVDF Dipicu oleh Perlakuan Hidrofilik untuk Sensor Piroelektrik dengan Kebisingan Piezoelektrik Ultra-Rendah
Abstrak
Film polivinilidena fluorida (PVDF) memiliki kemampuan multifungsi untuk aplikasi piezo/pyro/ferroelektronik. Salah satu tantangan kritis dari teknik tradisional adalah proses fabrikasi yang rumit untuk mendapatkan film berpoles. Dalam karya ini, film PVDF disiapkan dengan mudah oleh larutan yang dilemparkan pada substrat yang diperlakukan secara hidrofilik. Film PVDF yang diperoleh menunjukkan pyroelectricity yang cukup baik sebanding dengan yang dibuat oleh poling termal, yang menunjukkan bahwa film tersebut terpolarisasi sendiri. Hasil ini dikaitkan dengan pengaturan teratur yang diinduksi ikatan hidrogen dari sub-nanolayer pertama di bagian bawah, yang berfungsi sebagai "lapisan benih" dan memicu penyelarasan sisa film dalam pendekatan lapis demi lapis. Selain itu, untuk menekan kebisingan piezoelektrik, sensor piroelektrik dengan struktur bilayer baru dikembangkan menggunakan film PVDF yang telah disiapkan. Dibandingkan dengan sensor monolayer konvensional, rasio signal-to-noise dari bilayer meningkat drastis menjadi 38 dB dari 18 dB. Hasil di atas memberikan kemungkinan besar untuk mencapai sensor piroelektrik wearable berperforma tinggi dengan pengurangan biaya dan prosedur sederhana.
Pengantar
Polyvinylidene fluoride (PVDF) dan kopolimernya [1,2,3,4,5] telah menjadi kandidat panas untuk elektronik yang dapat dipakai, sensor fleksibel multifungsi, dan generator nano dalam beberapa tahun terakhir karena kinerja piezoelektrik dan piroelektrik yang baik, fleksibilitas, dan kemudahan proses [6,7,8,9,10,11]. Namun, masih merupakan tantangan besar untuk mewujudkan fungsi piroelektrik yang baik di PVDF. Dalam metode konvensional, dua langkah, yaitu peregangan dan poling termal, tidak dapat dihindari. Langkah pertama adalah untuk mendapatkan konten fase yang tinggi [12,13,14,15,16], dan yang kedua adalah mengarahkan lebih lanjut vektor dipol dalam fase normal ke permukaan film [17,18,19,20 ]. Sampel PVDF yang diperoleh dengan rumit menunjukkan kelemahan seperti area aktif yang kecil, jumlah cacat yang besar, efisiensi yang rendah, dan anti kejut listrik yang hati-hati [12, 13, 18,19,20]. Selain itu, karena sifat piezoelektrik intrinsik PVDF, sensor inframerah tradisional yang terbuat dari PVDF monolayer rentan terhadap kebisingan getaran lingkungan, yang sangat menurunkan kinerja piroelektrik perangkat.
Baru-baru ini, berbagai metode telah dikembangkan untuk mewujudkan film PVDF terpolarisasi sendiri tanpa menjalani poling termal, termasuk casting [21,22,23,24,25], spin coating [26, 27], deposisi Langmuir-Blodgett (LB) [28 ], electrospinning [29,30,31,32,33,34,35], dan pengendapan ke larutan garam berair [36]. Secara umum, polarisasi diri dari film PVDF dapat diamati melalui teknik di atas karena mekanisme yang berbeda, seperti bantuan garam [21,22,23,24,25], interaksi ikatan hidrogen [21,22,23 ,24,25, 27, 36], medan bawaan [26] atau medan listrik kuat [29, 35] selama pengendapan, dan regangan selama pelapisan [26, 28, 36]. Namun, sebagian besar metode ini hanya berfokus pada kinerja piezoelektrik film PVDF dan mengabaikan sifat piroelektriknya. Selain itu, teknik spin coating dan LB hanya berlaku untuk film ultra tipis [26, 28], sedangkan metode pengecoran membutuhkan aditif garam untuk mencapai polarisasi sendiri [21,22,23,24,25], dan mekanisme polarisasi dari electrospinning diperlukan pemahaman lebih lanjut [29,30,31,32,33,34,35]. Ketika beralih ke masalah sensor, poling selektif komposit PVDF yang didoping keramik feroelektrik adalah metode umum untuk mengurangi efek kebisingan getaran lingkungan [37, 38]. Keramik yang didoping ini, misalnya timbal zirkonat titanat (PZT), memiliki tanda koefisien piroelektrik yang sama (p ) sedangkan tanda kebalikan dari piezoelektrik (d33 ) sebagai PVDF (atau kopolimernya). Jadi, jika dua fase dipolarisasi secara paralel, respons piroelektrik akan diperkuat dan aktivitas piezoelektrik akan dibatalkan sebagian, yang dapat mengurangi kebisingan listrik yang diinduksi getaran pada sensor piroelektrik. Namun, seluruh prosedurnya cukup rumit; selain itu, setelah doping dengan keramik, sifat dielektrik PVDF akan memburuk, sangat membatasi efisiensi teknik ini [39]. Oleh karena itu, masih merupakan tantangan besar untuk mendapatkan film piroelektrik performa tinggi serta sensor secara efisien.
Dalam karya ini, kami mengembangkan teknik yang mudah untuk preparasi film PVDF piroelektrik dengan menggabungkan metode pengecoran konvensional dengan modifikasi hidrofilik substrat. Hasilnya mengungkapkan bahwa film PVDF yang disiapkan secara bersamaan mencapai konten fase yang tinggi dan respons piroelektrik yang signifikan. Mekanisme polarisasi berdasarkan proses dipol-alignment-relay diperkenalkan untuk menjelaskan hasil di atas. Selain itu, dengan menggunakan sampel PVDF yang disiapkan sebagai bahan sensitif, sensor inframerah fleksibel berstruktur bilayer diusulkan untuk mencapai noise piezoelektrik ultra-rendah di perangkat. Teknik ini menunjukkan potensi besar untuk diterapkan pada sensor inframerah yang dapat dikenakan atau sensor suhu di lingkungan yang keras di mana terdapat suara akustik dan/atau getaran mekanis yang besar.
Metode
Persiapan Film PVDF dan Sensor Piroelektrik Bilayer
Proses preparasi film PVDF ditunjukkan pada Gambar 1. Pertama, sepotong substrat kaca direndam dalam larutan piranha (campuran:H2 JADI4 (98% konsentrasi, Kelong Chemical, China) dan H2 O2 (30% konsentrasi, Kelong Chemical, China) dengan rasio volume 7:3) untuk perlakuan hidrofilik. Solusinya ditempatkan dalam inkubator pada 60 ° C untuk jangka waktu 2-8 h. Sejumlah bubuk PVDF (rata-rata Mw ~ 534,000, Sigma-Aldrich, USA) dicampur dengan N -methylpyrrolidone (NMP) (kemurnian 99%, Kelong Chemical, China) dengan rasio massa 10 wt%, yang kemudian dipanaskan pada 50 °C dengan pengadukan magnet selama 4 h sampai diperoleh larutan yang benar-benar seragam. Solusi yang diperoleh ini dicetak pada substrat yang diperlakukan tersebut dan disimpan pada 80 °C selama 10 h untuk menghilangkan pelarut NMP. Untuk mengurangi efek tepi dalam film, film PVDF yang disiapkan dengan luas 10 mm × 10 mm akhirnya diperoleh dengan memotong sampel dari area tengah film 50 mm × 50 mm yang dicor. Sebagai perbandingan, sampel PVDF juga dibuat pada substrat yang tidak diberi perlakuan dan ketebalan semua sampel adalah 50 μm. Elektroda aluminium diuapkan di kedua sisi sampel untuk pengukuran kinerja piroelektrik dan piezoelektrik.
Ilustrasi proses persiapan film dan perangkat PVDF. Langkah 1, substrat kaca direndam dalam larutan piranha selama 2-8 h. Langkah 2, larutan PVDF yang diaduk dengan baik dicetak pada substrat dan dikeringkan pada 80 °C selama 10 jam. Langkah 3, film PVDF dikupas dari substrat, dan tepinya dipotong untuk menghilangkan efek tepi. Langkah 4, aluminium diuapkan ke kedua sisi film sebagai elektroda. Langkah 5, perangkat bilayer dibuat dengan menggunakan pilar PDMS yang didukung antara dua lapisan sebagai pemisah. Juga ditunjukkan adalah skema gugus hidroksil yang terikat pada permukaan substrat kaca setelah perlakuan, pembentukan ikatan hidrogen setelah pengecoran PVDF dan susunan teratur "lapisan ultra-tipis" di bagian bawah film PVDF
Lubang dengan diameter 1 mm di seluruh pelat akrilik setebal 1 mm (Xintao Plexiglass, China) dibuat dengan sinar laser berdaya tinggi (tipe 4060, Ketai, China) dan digunakan sebagai model pilar. Elastomer silikon (Sylgard 184, DOW CORING) dipilih sebagai bahan prekursor pilar. Basis dan bahan pengawet dicampur dengan perbandingan berat 10:1, yang kemudian diteteskan ke dalam lubang. Pilar Polydimethylsiloxane (PDMS) dapat diperoleh setelah disembuhkan pada suhu 60 °C selama 10 jam. Perangkat bilayer dibuat dengan merekatkan dua film PVDF terpolarisasi dengan lima pilar dengan perekat (tipe 810, LEAFTOP, China).
Karakterisasi Fisik dan Metode Pengujian
Pengukur sudut kontak (CA) (tipe JC2000D1, POWEREACH, China) digunakan untuk mengkarakterisasi hidrofilisitas substrat. Uji spektroskopi Fourier-transform infrared (FTIR) (tipe 6700, NICOLET, US) dilakukan untuk menganalisis komposisi dan struktur fasa sampel. Kristalinitas diukur dengan kalorimeter pemindaian diferensial (DSC) (tipe DSC 7020, SEICO INST., US). Morfologi permukaan sampel dicirikan dengan pemindaian mikroskop elektron (SEM) (tipe Inspect F50, FEI, US). Hubungan perpindahan listrik-medan listrik (D-E) dari sampel yang dipoles dicatat oleh penganalisis feroelektrik (tipe HVI40904-523, Radiant, US). Konstanta kerugian dielektrik dan dielektrik (ε′ dan ) diukur dengan penganalisis impedansi (tipe 4294A, Agilent, US).
Untuk pengukuran piroelektrik, pengaturan buatan sendiri berdasarkan metode modulasi elektrik diterapkan (File tambahan 1:Gambar S1a). Secara khusus, gelombang persegi pada frekuensi yang berbeda dihasilkan oleh generator gelombang (tipe DG1022U, RIGOL Technologies Inc., China). Laser berdenyut 980-nm digerakkan oleh gelombang persegi dan digunakan sebagai sumber termal termodulasi. Arus piroelektrik sampel diperkuat oleh sirkuit pengubah arus-tegangan buatan sendiri dan akhirnya dibacakan oleh osiloskop digital (tipe DSOX3012A, Agilent, US). Untuk pengukuran piezoelektrik, pengaturan serupa dibuat dengan mengganti laser dengan vibrator, yang dirangsang secara sinusoidal melalui penguat daya yang terhubung dengan generator gelombang (File tambahan 1:Gambar S1a).
Hasil dan Diskusi
Film PVDF
Gambar 2a menunjukkan CA substrat kaca yang direndam dalam larutan piranha untuk waktu perlakuan yang berbeda. Ini dengan jelas menunjukkan bahwa sifat hidrofilik substrat ditingkatkan setelah perawatan. CA terus menurun dengan bertambahnya waktu perendaman dan cenderung jenuh pada 8 h. Alasan yang mungkin adalah bahwa gugus Si-OH yang lebih hidrofilik akan terbentuk pada permukaan kaca ketika waktu perlakuan yang lebih lama diterapkan. Bukti lain dari kesimpulan ini adalah fakta bahwa, dengan bertambahnya waktu perawatan, menjadi lebih sulit untuk melepaskan film PVDF dari substrat (sisipan Gbr. 2a).
a CA substrat kaca yang dirawat di piranha untuk waktu yang berbeda, inset adalah kekuatan pengelupasan sebagai fungsi dari waktu perawatan. b Pola DSC dari sampel PVDF. c Spektrum FTIR sampel PVDF, inset adalah kandungan fasa sebagai fungsi waktu perlakuan yang dihitung dari hasil FTIR. d Respons piroelektrik sampel PVDF tanpa menjalani poling termal, inset adalah skema sederhana dari rangkaian pembacaan sinyal buatan sendiri
Karakterisasi DSC dilakukan untuk mengetahui pengaruh perlakuan hidrofilik terhadap kristalinitas sampel PVDF. Dalam hasil DSC, persentase kristalinitas PVDF dapat ditentukan dengan [40].
dimana XC adalah persentase kristalinitas PVDF, Hm adalah entalpi leleh PVDF, dan \( \Delta {H}_{\mathrm{m}}^0 \) adalah nilai entalpi leleh PVDF kristal 100%. Gambar 2b memberikan H . yang terukur m nilai sampel PVDF yang dicor pada substrat dengan waktu perlakuan yang berbeda. Dengan demikian, dapat dengan mudah dihitung bahwa XC dalam sampel yang diberi perlakuan 8 jam meningkat lebih besar dari 50% dibandingkan dengan yang tidak diberi perlakuan.
Spektrum FTIR selanjutnya digunakan untuk menyelidiki komposisi fasa dalam sampel. Puncak pada bilangan gelombang 764 cm
−1
dan 840 cm
−1
(Gbr. 2c) biasanya ditetapkan untuk karakteristik fase dan , dan area puncak (A764 atau A840 ) sebanding dengan konten fase yang sesuai [41, 42]. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2c, A764 berkurang saat A840 meningkat secara monoton dengan waktu perawatan. Untuk mendapatkan gambaran kuantitatif tentang pengaruh waktu perlakuan terhadap kandungan fase dalam PVDF, rumus berikut (2) dapat diterapkan [42],
dimana Xα dan Xβ adalah persentase absolut dari fase dan , Aα dan Aβ adalah area puncak pada 764 cm
−1
dan 840 cm
−1
, dan Kα = 6.1 × 10
4
cm
2
mol
−1
dan Kβ = 7.7 × 10
4
cm
2
mol
−1
adalah konstanta absorptivitas.
Inset dari Gambar. 2c menunjukkan konten fase yang dihitung meningkat secara monoton secara parabola dengan waktu perawatan. Ini mencapai nilai maksimum 76,05% ketika waktu perawatan adalah 8 h, yaitu sekitar 50% lebih besar dari pada sampel yang tidak diberi perlakuan. Hasil ini, digabungkan dengan DSC, menunjukkan bahwa peningkatan XC terutama berubah menjadi fase . Kami selanjutnya mengukur hubungan D-E dan dari semua sampel, yang hasilnya juga menunjukkan tren yang sangat mirip dengan FTIR (File tambahan 1:Gambar S2 dan S3).
Selain itu, merupakan kejutan untuk menemukan respons piroelektrik yang berbeda dari sampel PVDF pada substrat yang dirawat tanpa menjalani prosedur poling termal lebih lanjut (Gbr. 2d). Pengkondisian sinyal, seperti yang ditunjukkan oleh inset, diwujudkan melalui rangkaian mode arus. Serupa dengan hasil FTIR, sinyal keluaran meningkat dengan waktu pengobatan dan akhirnya jenuh pada 4,3 V ketika waktu pengobatan adalah 8 h. Sebagai perbandingan, tidak ada respons piroelektrik yang terdeteksi pada sampel yang tidak diberi perlakuan (waktu perawatan = 0 h). Hasil ini menunjukkan bahwa gugus hidrofilik pada substrat tidak hanya dapat meningkatkan kandungan fase , tetapi juga dapat mempolarisasi film PVDF. Untuk mengeksplorasi arah yang tepat dari vektor dipol dalam sampel, film PVDF yang dipoles secara komersial (Jinzhoukexin, Cina) dengan arah poling yang diketahui digunakan sebagai sampel referensi. Dengan menyinari dua sumber cahaya yang dimodulasi secara sinkron pada kedua sampel, sinyal keluaran direkam dengan fasenya dibandingkan:jika dua sinyal berada dalam fase, dipol di kedua sampel akan sejajar satu sama lain; jika fase mereka terbalik, dipol akan anti-paralel. Hasilnya menunjukkan bahwa arah dipol dalam sampel yang diberi perlakuan menunjuk dari substrat ke film (File tambahan 1:Gambar S1b dan S1c).
Berdasarkan hasil di atas, mekanisme poling film PVDF oleh gugus hidrofilik dapat disimpulkan sebagai berikut (secara skema disajikan pada Gambar 1):Ikatan silikon yang menjuntai pada permukaan substrat kaca akan terikat dengan gugus hidroksil setelah hidrofilik. perlakuan. Saat larutan PVDF dicetak, ikatan hidrogen dapat terbentuk antara atom fluor dalam unit VDF dan atom hidrogen dalam gugus hidroksil karena perbedaan negativitas listrik yang besar. Akibatnya, vektor dipol di sub-nanolayer pertama film PVDF di bagian bawah disejajarkan ke atas. Sub-nanolayer pertama ini kemudian akan berperan sebagai seed layer, dan setelah itu, sub-nanolayer atas yang berdekatan akan diorientasikan lebih lanjut oleh gaya listrik, yang berasal dari vektor dipol yang sudah disejajarkan di seed layer. Proses ini kemudian akan berulang di semua sub-nanolayer di atas seiring waktu yang cukup lama. Dengan kata lain, penyelarasan vektor dipol dalam film PVDF direlai dari bawah ke atas (Gbr. 3a). Proses relai penyelarasan dipol ini hanya dapat terjadi ketika rantai molekul di PVDF sangat fleksibel dan aktif sebelum film sepenuhnya disembuhkan. Akibatnya, saat "proses relai" selesai setelah film benar-benar sembuh, konten fase dalam film dipromosikan dan secara bersamaan seluruh film terpolarisasi.
a Proses relai penyelarasan dipol pada PVDF dipicu oleh gugus hidrofilik di antara substrat. b Pengaruh medan poling termal dan arah pada respons piroelektrik dari sampel yang diberi perlakuan 8 jam. c Diagram skema poling paralel dan antiparalel
Untuk menyelidiki lebih lanjut derajat polarisasi pada sampel, dilakukan proses poling termal konvensional. Tidak seperti poling termal sampel yang tidak terpolarisasi, vektor dipol dalam sampel yang diberi perlakuan sudah sejajar, sehingga arah medan listrik poling (Ep ) harus memiliki pengaruh pada polarisasi film. Oleh karena itu, dilakukan poling paralel dan antiparalel. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3b, untuk PVDF yang dirawat dipole dalam arah paralel, sinyal output (Vo ) tetap stabil pertama dan kemudian membesar dengan peningkatan Ep kira-kira pada simpul 20 MV m
−1
. Sebagai perbandingan, Vo monoton meningkat dengan Ep untuk sampel yang tidak diberi perlakuan di seluruh rentang poling; selain itu, Vo sampel yang tidak diberi perlakuan selalu kurang dari Ep kurang dari 40 MV m
−1
. Sebagai Ep peningkatan lebih lanjut, Vo dari kedua sampel menjadi setara, maksimumnya adalah 8,8 V sebagai Ep = 50 MV m
−1
. Hasil ini menunjukkan bahwa nilai polarisasi pada sampel yang diberi perlakuan sebagai waktu perlakuan = 8 h sebanding dengan nilai polarisasi saat menjalani poling termal konvensional pada Ep 23 MV m
−1
(bidang poling ekuivalen). Di sisi lain, ketika sampel yang dirawat dipoles secara terbalik, Vo monoton berkurang dengan Ep , dan, seperti yang ditunjukkan pada gambar, Vo 0 V sebagai Ep 27 MV m
−1
(bidang poling yang sepenuhnya dibatalkan). Fenomena ini menunjukkan bahwa polarisasi yang diinduksi secara hidrofilik dapat sepenuhnya dibatalkan dengan poling terbalik. Namun, ini tidak berarti bahwa polarisasi terinduksi sepenuhnya terdepolarisasi; sebaliknya, sebagian kecil dari polarisasi induksi masih tetap sebagai Ep = 50 MV m
−1
(Gbr. 3c), karena maksimum negatif Vo (= − 6.2 V) jelas kurang dari maksimum Vo (= 8.8 V) dari pasangan kutub termal paralel. Vektor dipol yang tidak dapat didepolarisasi ini mungkin memerlukan E . yang jauh lebih besar p (> 50 MV m
−1
) untuk reorientasi, yang mungkin disebabkan oleh energi potensial yang jauh lebih rendah dan stabilitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan vektor lain [43]; ini juga menjelaskan perbedaan antara bidang poling yang setara dan bidang yang sepenuhnya membatalkan.
Sensor Piroelektrik Bilayer
Karena semua bahan piroelektrik secara inheren memiliki sifat piezoelektrik, oleh karena itu, sinyal yang tidak diinginkan pasti akan dihasilkan ketika sensor piroelektrik dieksitasi secara mekanis melalui kejutan atau getaran. Jika dua elemen PVDF digunakan dengan satu sebagai bahan sensitif dan yang lainnya sebagai referensi untuk mengkompensasi sinyal piezoelektrik, sensor piroelektrik dengan noise piezoelektrik yang diminimalkan dapat dicapai. Untuk tujuan ini, kami mengusulkan sensor piroelektrik dengan struktur lapisan ganda baru (Gbr. 4a), di mana dua film PVDF identik dipasang bersama di antara dengan lima pemisah pilar kecil. Dalam perangkat ini, film atas adalah bahan sensitif dan yang lebih rendah adalah kompensator piezoelektrik. Dua peran penting dimainkan oleh lima pilar:(1) isolasi termal yang baik, yaitu mencegah pembuangan panas dari lapisan atas ke lapisan bawah; dan (2) mentransfer getaran mekanis antara dua lapisan tanpa distorsi. Jelas, setelah kedua persyaratan terpenuhi, sinyal piroelektrik berkualitas tinggi dengan noise piezoelektrik ultra-rendah dapat diharapkan dengan mengurangi sinyal elemen bawah dari elemen atas.
Hasil simulasi dan pengukuran sensor piroelektrik berstruktur bilayer. a Dijelajahi skema struktur perangkat. b Model dan hasil simulasi respon piezoelektrik. c Model dan hasil simulasi termal. d Foto optik dari perangkat yang dibuat. e Respon piezoelektrik pada frekuensi yang berbeda. f Respons perangkat bilayer dan monolayer konvensional saat dirangsang secara bersamaan oleh getaran mekanis (5 Hz) dan iradiasi termal (1 Hz)
Dengan menggunakan model piezoelektrik dan termal perangkat lunak COMSOL Multiphysics, simulasi mekanis dan termal perangkat dilakukan untuk memvalidasi desain prototipe bilayer ini. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4b, respon piezoelektrik dari kedua lapisan menunjukkan tren variasi yang sama dengan arah percepatan yang diberikan. Respon maksimum dan perbedaannya terjadi pada arah gaya normal, dimana respon elemen bawah sekitar 93,7% dari respon elemen atas, artinya noise piezoelektrik dari sensor bilayer dapat ditekan setidaknya 93,7% dibandingkan dengan rekan monolayernya. Simulasi termal dilakukan dengan penyinaran tegak lurus gelombang panas periodik ke bagian atas sensor (Gbr. 4c). Dibandingkan dengan lapisan atas, laju perubahan suhu (dT/dt) dari lapisan bawah hampir tetap stabil, menunjukkan kehilangan panas dari lapisan atas ke lapisan bawah dapat diabaikan. Akibatnya, dua persyaratan yang disebutkan di atas memang terpenuhi (Catatan:Gambar 4b dan c adalah hasil simulasi dengan parameter yang dioptimalkan pada Tabel 1, lebih detail simulasi, yaitu, ketergantungan piezoelektrik dan sifat termal sensor pada parameter geometris (diameter dan tinggi). ) dan posisi pilar, dapat ditemukan di bagian 2 dari file tambahan 1).
Sampel sensor bilayer dibuat sesuai (Gbr. 4d) berdasarkan sampel yang dirawat selama 8 jam. Seperti yang disajikan pada Gambar. 4e, respons piezoelektrik yang jelas dari elemen atas dan bawah diamati, keduanya menunjukkan hasil yang sangat mirip pada frekuensi eksitasi yang berbeda. Selain itu, kecenderungan variasi amplitudo respons dengan perubahan frekuensi ternyata menjadi karakteristik khas sensor piezoelektrik atau piroelektrik pada frekuensi rendah [44]. Sebagai perbandingan, output piezoelektrik sampel hanya menunjukkan sinyal yang sangat kecil di semua frekuensi. Selanjutnya, tanggapan sampel dibandingkan dengan satu lapisan tunggal dengan merangsang sampel secara bersamaan dengan sumber getaran 5-Hz dan sumber termal 1-Hz. Hasilnya (Gbr. 4f) dengan jelas menunjukkan bahwa respons piezoelektrik yang serius (sekitar 0,5 V) ada dalam sinyal sampel lapisan tunggal dengan sinyal piroelektrik 4,4 V, yaitu, rasio signal-to-noise (SNR) = 18 dB, sedangkan bilayer hanya memiliki noise piezoelektrik yang dapat diabaikan (sekitar 0,05 V) dengan sinyal piroelektrik yang sedikit kurang dari 4,1 V, yaitu, SNR = 38 dB. Hasil ini menunjukkan bahwa sensor inframerah bilayer dapat diterapkan di lingkungan yang keras di mana terdapat kebisingan akustik dan/atau kebisingan mekanis lainnya.
Kesimpulan
Kesimpulannya, teknik yang mudah untuk preparasi film PVDF piroelektrik dikembangkan dengan menuangkan prekursor pada substrat kaca hidrofilik. Kandungan fase dalam sampel yang disiapkan meningkat secara monoton dengan sifat hidrofilik substrat. Dipol VDF dalam film PVDF lebih disukai disejajarkan dalam arah normal, dan karenanya, sinyal piroelektrik yang jelas dari film sensitif dapat diperoleh tanpa lebih jauh menjalani poling termal konvensional. Selain itu, sensor piroelektrik bilayer baru diusulkan berdasarkan sampel PVDF yang disiapkan. Dibandingkan dengan rekan monolayer konvensional, noise piezoelektrik di sensor bilayer ditekan sekitar 90% sementara sinyal piroelektrik hampir tidak menunjukkan penurunan.
