專利名稱：一種有機(jī)壓電薄膜極化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壓電材料領(lǐng)域，涉及有機(jī)壓電薄膜的極化方法，還涉及壓電薄膜的極化裝置。
背景技術(shù)：
極化是賦予壓電材料壓電性能的基本工藝過程，通用極化方法包括電接觸極化、電暈放電極化等。電接觸極化是在被極化的材料表面直接鋪設(shè)金屬電極，施加直流電壓或交變循環(huán)電壓；電暈放電極化是一種非接觸極化方式，在兩排相對的針狀電極上施加高電壓，形成電暈環(huán)，對處于兩排針狀電極之間的薄膜進(jìn)行極化。在用這些方法對PVDF和P(VDF-TrFE)膜尤其是厚度較低的膜進(jìn)行極化時，由于薄膜上的機(jī)電缺陷，極易造成極化擊穿，使被極化薄膜難以充分極化，造成薄膜的壓電性能低、工藝穩(wěn)定性差、生產(chǎn)效率低。為了避免極化擊穿，得到均勻穩(wěn)定的壓電性能，德國的Bernd PLOSS和Beatrix PLOSS在1996年的第9屆國際駐極體會議(Proceedings ISE9，p.835，Shanghai 1996)發(fā)表論文，采用單面拋光的預(yù)先極化過的壓電陶瓷與PVDF或P(VDF-TrFE)形成夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行極化，但由于壓電陶瓷硬而脆，與柔性的有機(jī)薄膜匹配困難，加工時易碎，尤其是對于大面積被極化薄膜，很難保證壓電陶瓷與有機(jī)薄膜表面的全面接觸，影響極化程度和均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種有機(jī)壓電薄膜極化方法，通過采用本發(fā)明涉及的極化方法，實現(xiàn)對壓電薄膜的充分、均勻極化，避免極化過程擊穿。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，以電接觸極化方法為基礎(chǔ)，采用直流電源施加極化電壓，用均勻、平整的0-3連接復(fù)合壓電材料3(以下簡稱復(fù)合壓電材料3)隔離被極化薄膜2與極化電極1(結(jié)構(gòu)示意于附圖1或2)，使作用于被極化薄膜上的電場均勻、穩(wěn)定，按常規(guī)條件進(jìn)行極化。本發(fā)明涉及的有機(jī)壓電薄膜極化方法，可在被極化薄膜的單面或雙面采用復(fù)合壓電材料3使其與金屬電極1隔離。
本發(fā)明涉及的極化方法中所使用的復(fù)合壓電材料的相對介電常數(shù)一般為10～100，壓電系數(shù)d33為10×10-12C/N～60×10-12C/N，厚度0.2mm～10mm。
本發(fā)明涉及的極化方法可直接使用復(fù)合壓電材料，也可預(yù)先對其進(jìn)行極化后使用。采用預(yù)先極化的復(fù)合壓電材料，效果更好。在采用預(yù)先極化的復(fù)合壓電材料時，應(yīng)使復(fù)合壓電材料的極性與外加電壓相反，即對于兩面鋪設(shè)復(fù)合壓電材料的結(jié)構(gòu)，其中一片復(fù)合壓電材料3的正極與電源4的負(fù)極相接，負(fù)極與被極化薄膜2相連，另一片復(fù)合壓電材料3的負(fù)極與外加電源4的正極相接，正極與被極化薄膜2相連。對于單面鋪設(shè)復(fù)合壓電材料3的結(jié)構(gòu)，采用同樣的連接方式，最好的連接方式為復(fù)合壓電材料3的正極與外加電源4的負(fù)極相接，而電源的正極與被極化的薄膜相接。
本方法涉及的極化方法，極化溫度一般在室溫～120℃之間，最好在40℃～80℃之間，施加的極化電壓與被極化薄膜的厚度、復(fù)合壓電材料的厚度有關(guān)，一般為4KV～15KV；極化時間一般在10min～90min之間。
本發(fā)明涉及的極化方法適用于單向或雙向拉伸的PVDF和P(VDF-TrFE)薄膜，特別適用于厚度小于100μm的有機(jī)薄膜。
采用本發(fā)明涉及的極化方法，以電接觸極化方法為基礎(chǔ)，使作用于被極化薄膜上的電場均勻、穩(wěn)定，按常規(guī)條件進(jìn)行極化，操作簡單，避免了極化擊穿，極化過程穩(wěn)定性好，可顯著提高極化周期完成率和被極化薄膜的壓電性能和壓電性能穩(wěn)定性。本發(fā)明涉及的極化方法重復(fù)性好，生產(chǎn)效率高。


附圖1本發(fā)明涉及極化方法的一種極化結(jié)構(gòu)示意圖附圖2本發(fā)明涉及極化方法的另一種極化結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明涉及的極化方法進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限制。
對比例采用常規(guī)直接電接觸極化方式，對單向拉伸5倍，厚度為30μm的PVDF膜進(jìn)行極化，極化電壓1.5kV，極化溫度80℃，極化時間40min，然后帶電冷卻到室溫，10組平行試驗極化周期完成率30％，壓電性能分散，d33低。數(shù)據(jù)見附表。
實施例一采用附圖1所示裝置，在電極與被極化薄膜之間放置預(yù)先極化的0-3連接復(fù)合壓電材料，復(fù)合壓電材料厚度1mm，相對介電常數(shù)為50，壓電系數(shù)d33為25pC/N，對單向拉伸5倍，厚度為30μm的PVDF膜進(jìn)行極化，極化電壓12kV，極化溫度80℃，極化時間40min，然后帶電冷卻到室溫，10組平行試驗極化周期完成率100％，壓電性能高，重復(fù)性好。數(shù)據(jù)見附表。
實施例二采用附圖2所示裝置，在電極與被極化薄膜之間放置預(yù)先極化的0-3連接復(fù)合壓電材料，并使復(fù)合壓電材料的正極與外加電壓的負(fù)極連接，復(fù)合壓電材料厚度1mm，相對介電常數(shù)為50，壓電系數(shù)d33為25pC/N，對單向拉伸5倍，厚度為30μm的PVDF膜進(jìn)行極化。極化電壓6kV，極化溫度80℃，極化時間40min，然后帶電冷卻到室溫，10組平行試驗極化周期完成率100％，壓電性能高，重復(fù)性好。數(shù)據(jù)見附表。
實施例三采用附圖2所示裝置，在電極與被極化薄膜之間放置未極化的0-3連接復(fù)合壓電材料，復(fù)合壓電材料厚度1mm，相對介電常數(shù)為50，對單向拉伸5倍，厚度為30μm的PVDF膜進(jìn)行極化。極化電壓6kV，極化溫度80℃，極化時間40min，然后帶電冷卻到室溫，10組平行試驗極化周期完成率100％，壓電性能高，重復(fù)性好。數(shù)據(jù)見附表。
實施例四采用附圖2所示裝置，在電極與被極化薄膜之間放置預(yù)先極化的0-3連接復(fù)合壓電材料，并使復(fù)合壓電材料的正極與外加電壓的負(fù)極連接，復(fù)合壓電材料厚度1mm，相對介電常數(shù)為10，壓電系數(shù)d33為10pC/N，對單向拉伸5倍，厚度為30μm的PVDF膜進(jìn)行極化。極化電壓6kV，極化溫度80℃，極化時間40min，然后帶電冷卻到室溫，10組平行試驗極化周期完成率100％，壓電性能高，重復(fù)性好。數(shù)據(jù)見附表。
實施例五采用附圖2所示裝置，在電極與被極化薄膜之間放置預(yù)先極化的0-3連接復(fù)合壓電材料，并使復(fù)合壓電材料的正極與外加電壓的負(fù)極連接，復(fù)合壓電材料厚度1mm，相對介電常數(shù)為100，壓電系數(shù)d33為60pC/N，對單向拉伸5倍，厚度為30μm的PVDF膜進(jìn)行極化。極化電壓6kV，極化溫度80℃，極化時間40min，然后帶電冷卻到室溫，10組平行試驗極化周期完成率100％，壓電性能高，重復(fù)性好。數(shù)據(jù)見附表。
實施例六采用附圖2所示裝置，在電極與被極化薄膜之間放置未極化的0-3連接復(fù)合壓電材料，復(fù)合壓電材料厚度1mm，相對介電常數(shù)為50，對單向拉伸5倍，厚度為15μm的PVDF膜進(jìn)行極化。極化電壓5.5kV，極化溫度80℃，極化時間40min，然后帶電冷卻到室溫，10組平行試驗極化周期完成率100％，壓電性能高，重復(fù)性好。數(shù)據(jù)見附表。
實施例七采用附圖2所示裝置，在電極與被極化薄膜之間放置未極化的0-3連接復(fù)合壓電材料，復(fù)合壓電材料厚度1mm，相對介電常數(shù)為50，對單向拉伸5倍，厚度為60μm的PVDF膜進(jìn)行極化。極化電壓7.5kV，極化溫度80℃，極化時間40min，然后帶電冷卻到室溫，10組平行試驗極化周期完成率100％，壓電性能高，重復(fù)性好。數(shù)據(jù)見附表。
附表 對比例和實施例10組試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果

權(quán)利要求
1.一種有機(jī)壓電薄膜極化方法，包括連接成回路的直流電源(4)，雙金屬電極(1)和夾在金屬電極之間的被極化薄膜(2)，其特征在于金屬電極(1)與被極化薄膜(2)之間用0-3連接復(fù)合壓電材料(3)隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)壓電薄膜極化方法，其特征在于被極化薄膜(2)的一面與金屬電極(1)直接接觸，另一面用0-3連接復(fù)合壓電材料(3)與金屬電極(1)隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)壓電薄膜極化方法，其特征在于所用0-3連接復(fù)合壓電材料未極化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)壓電薄膜極化方法，其特征在于所用0-3連接復(fù)合壓電材料已預(yù)先進(jìn)行極化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)壓電薄膜極化方法，其特征在于所用0-3連接復(fù)合壓電材料的相對介電常數(shù)為10～100，壓電系數(shù)d33為10×10-12C/N～60×10-12C/N。
全文摘要
本發(fā)明涉及的有機(jī)壓電薄膜極化方法，以電接觸極化方法為基礎(chǔ)，采用直流電源施加極化電壓，用均勻、平整的0－3連接復(fù)合壓電材料3隔離被極化薄膜2與極化電極1，使作用于被極化薄膜上的電場均勻、穩(wěn)定，按常規(guī)條件進(jìn)行極化，操作簡單，避免極化過程中的電擊穿，極化過程穩(wěn)定性好，效率高，可顯著提高極化周期完成率，和被極化薄膜的壓電性能和壓電性能穩(wěn)定性。
文檔編號H01L41/22GK1556549SQ20031011467
公開日2004年12月22日 申請日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者王清海, 張雨, 姜維維 申請人:中國兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所