Page 18 - 《应该声学》2022年第2期

186 2022 年 3 月

同时，柔性基板的批量制备可以通过 3D 打印技术 界条件干扰，如图6(a)所示。4个二极管构成的整流
便捷的实现，将柔性基板结合在压电膜的上下表面， 电路的输出端与稳压芯片串联，三端稳压芯片的输
保护了 PVDF 薄膜，也保证压电结构具有一定的机 出端连接锌-空气电池，如图6(b)所示。
械强度，有利于维持形变的稳定性，如图5(a)所示。
利用静电纺丝技术制备 PVDF 压电薄膜，并将 D1 D2 D5
其裁剪成声子晶体结构点缺陷大小；将液态聚二 D3 D4 HT7133
甲基硅氧烷 (PDMS) 与固化剂按 10 : 1 比例混匀，
C  C  R 
抽真空后均匀涂抹在玻璃片上，然后将其放置于
BHW-05A型恒温加热板上，以40 C加热3 h，即可
◦
(a) டื໚ฉႃ᡹ᇨਓڏ
制备固态的柔性 PDMS 基底 [12] ；在 PVDF 压电薄
膜的上下面涂抹高浓度的导电银浆，并采用铝银合
金电极。在电极表面会形成一层自然生成的 Al 2 O 3
薄膜，提升电路的开路电压，并有效抑制银原子的扩
散和水汽的侵蚀，增强了PVDF电压输出的稳定性。
(b) டื໚ฉࠄྭႃ᡹ڏ
待PDMS基底和电极均固化后，使用黏合剂将
PDMS 基底粘接到处理后的 PVDF 压电薄膜的下 图 6 电池电路图
表面。然后在PVDF压电薄膜的上表面涂抹环氧胶 Fig. 6 Circuit diagram of the battery part
水，加固 PVDF 压电薄膜与 PDMS 基底的粘连，并
2.4 纤维吸声层部分
防止压电薄膜受到外力损坏与磨损 [13] ，如图 5(b)
纤维吸声层由天然纤维与颗粒材料复合而
所示。
成，该复合材料的纤维部分采用椰壳等植物纤
维，颗粒部分采用圆柱形稻壳颗粒。采用 Johnson-
Champoux-Allard 模型研究复合材料的吸声特性，
PVDFԍႃ౜
PVDFԍႃᘙᒛ 利用阻抗管进行实验研究，验证了分析方法的有效
PVDFԍႃ౜ 性 [14] 。制备时，将颗粒组分和纤维组分随机混合，
两者的比例固定为50 : 50，利用黏合剂进行黏合，这
(a) ԍႃፇ౞ፇ౞
样可以使得复合材料内部的小孔隙被黏合剂填充，
ဗතᑛඵ
导致颗粒之间形成桥梁，从而放大表面积，降低整体
孔隙度，增加材料的弯曲度和流阻率。纤维吸声层
᪔ᩐࡏ ᨸᩐՌ
᧛ႃౝ 吸声系数如图 7 所示，可知在低频时有较好的吸声
PVDFԍႃᘙᒛ
᪔ᩐࡏ ᨸᩐՌ 效果。
᧛ႃౝ
PDMSಁভ۳अ
1.0
(b) PVDFԍႃᘙᒛፇ౞ᇨਓڏ
0.8
图 5 压电部分示意图 0.6
Fig. 5 Assemble sketch map of the piezoelectric part ծܦጇ஝

2.3 电池电路部分 0.4
0.2
由于入射噪声声压、方向性等对压电板的作用
0
效果不同，得到的电流为交流电，且电流强度随时 0 1000 2000 3000 4000 5000
ᮠဋ/Hz
间呈现无规则变化，无法直接供给负载使用，需要
通过全波整流电路和低功耗三端稳压芯片HT7133， 图 7 纤维 -颗粒复合层吸声曲线
使压电片产生的含多种高次谐波的交流电转换成 Fig. 7 Sound absorption curve of fiber-granule
稳定直流电，并通过接地端的电容保护电路，减小外 composite layer