Sensores piezoeléctricos de fluoruro de polivinilideno modificado con nanopartículas de sílice para aplicaciones en MEMS

 

Concepción Arenas¹*, Domingo Rangel¹, Victor M. Castaño¹, Erika Loa², Marina Vega³

 

¹ Departamento de Ingeniería Molecular de Materiales, Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada, Universidad Nacional Autónoma de México Boulevard Juriquilla, Santiago de Querétaro, Querétaro 76230, México. *mcaa@fata.unam.mx.

² Facultad de Química, Universidad Autónoma de Querétaro Centro Universitario s/n Col. Las Campanas Querétaro, Querétaro 76000, México.

³ Departamento de Geoquímica, Centro de Geociencias, Universidad Nacional Autónoma de México Boulevard Juriquilla, Santiago de Querétaro, Querétaro 76230, México.

 

Recibido: 30 de septiembre de 2009;
Aceptado: 13 de agosto de 2010

 

Resumen

Nanopartículas de óxido de silicio (SiO₂) de 200nm fueron usadas para modificar las propiedades piezoeléctricas del fluoruro de polivinilideno (PVDF). Películas de PVDF con espesores de micrómetros fueron preparadas disolviendo PVDF en polvo en una solución de N,N-Dimetilformamida (DMF), precalentada a 60°C y 110°C, para potenciar la fase β en el polímero. Los sensores piezoeléctricos fueron fabricados con películas de PVDF colocadas entre dos placas de cobre (Cu), las cuales funcionan como contactos eléctricos para colectar el potencial piezoeléctrico. Estos dispositivos fueron sometidos a cargas mecánicas en un intervalo de 50DN a 400DN. La influencia de las nanopartículas de SiO₂ sobre las propiedades piezoeléctricas del PVDF fue estudiada mediante rayos-X e infrarrojo. Se observaron cambios significativos en el potencial piezoeléctrico cambiando el porcentaje en masa de SiO₂ en las películas de PVDF. Los resultados muestran que dicho potencial se incrementa al agregar solo un 5wt% de nanopartículas de SiO₂. En concentraciones mayores de 5wt% el potencial se reduce ligeramente debido a la distribución no homogénea de las nanopartículas de SiO₂ en la película de PVDF. La metodología empleada en este trabajo, para la fabricación de películas piezoeléctricas, es factible utilizarla para desarrollar sensores MEMS (micro-electro-mechanical system).

Palabras clave: Piezoelectricidad; Fluoruro de polivinilideno; Oxido de silicio.

 

Abstract

The piezoelectric properties of Poly(vinylidene) Fluoride (PVDF) were modified through silica nanopartilces (200nm). Micrometer thick films were prepared by dissolving PVDF powder in a N,N-Dimethylformamide solution, preheated at 60 °C and 110 °C, to produce the β phase of the polymer. Piezoelectric sensors were produced with the PVDF films placed between copper plates, as electrodes. These devices were subjected to 50DN through 400DN stresses, observing signifact changes in the piezoelectric response as a function of the silica content. The maximum potential was found at 5wt% of silica content. At concentrations above 5wt.% the potential is slightly reduced, due to the inhomogeneous distribution of the nanoparticles. The method described could be employed to develop MEMS.

Keywords: Piezoelectricity; Poly(vinylidene) fluoride; Silica nanoparticles.

 

DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF

 

Referencias

[1]. Furukawa T, Seo N. Japanese Journal Applied Physics 29, 675 (1990).         [ Links ]

[2]. Wenzhong Ma, Jun Zhang, Shuangjun Chen, Xiaolin Wang, Applied Surface Science, 254, 5635 (2008).         [ Links ]

[3]. Masahiro Inoue, Yasunori Tada, Katsuaki Suganuma, Hiroshi Ishiguro, Polymer Degradation and Stability, 92 1833, (2007).         [ Links ]

[4]. A.V. Shirinov, W.K. Schomburg, Sensors and Actuators A, 142, 48 (2008).         [ Links ]

[5]. Rinaldo Gregorio, Jr., Journal of Applied Polymer Science, 100, 3272 (2006).         [ Links ]

[6]. GuoDong Zhu, ZhiGang Zeng, Li Zhang, XueJian Yan, Computational Materials Science 44, 224 (2008).         [ Links ]

[7]. Kazuto Takashima, Satoshi Horie, Toshiharu Mukai, Kenji Ishida, Kazumi Matsushige, Sensors and Actuators A, 144, 90 (2008).         [ Links ]

[8]. S. Sokhanvar, J. Dargahi, M. Packirisamy, Sensors and Actuators A 141, 120 (2008).         [ Links ]

[9]. A.V. Shirinov, W.K. Schomburg, Sensors and Actuators A 142, 48 (2008).         [ Links ]