面向空耦电声换能器应用的高性能FEP/PTFE复合膜压电驻极体

压电驻极体(也称为铁电驻极体)是一类具有强压电效应的微孔结构驻极体材料,具有柔韧、低密度、低特性声阻抗等特征,是制备柔性空气耦合声电换能器的理想材料.针对器件对高灵敏度和高温工作环境的应用需求,本文报道高性能氟化乙丙烯/聚四氟乙烯(FEP/PTFE)复合膜压电驻极体的制备和性能表征.研究结果表明, FEP/PTFE膜的特性声阻抗为0.02 MRayl (1 Rayl=10 Pa·s/m);在小压强范围内的准静态压电电荷系数d₃₃可高达800 pC/N,且具有良好的压强特性.基于FEP/PTFE复合膜压电驻极体的麦克风的灵敏度最高可达6.4 mV/Pa@1 kHz,远高于文献报道的相同结构的压电驻极体麦克风的灵敏度,且具有平坦的频响曲线.对于直径为20 mm的超声波发射器,当驱动电压V_p为600 V时,样品中轴线上距离器件表面100 mm处, 40—80 kHz频率范围内产生的超声波的声压级为80—90 dB (参考声压为20μPa).基于FEP/PTFE复合膜压电驻极体的声电换能器的热稳定性显著优于聚丙烯(PP)压电驻极体声电换能器:在125...     

我国驻极体研究进展及其有关问题

本文很据我国近年来研究驻极体的情况，介绍一般进展和所遇到的问题．在驻极体材料中，叙述由材料外注入载流子和极性分子材料本身取向极化的两类电荷，介绍聚合物材料和新近开展研究的无机材料与复合材料．这些材料经过适当方法就可以制成驻极体，着重介绍高温栅控电晕注极方法，它是结合材料热处理和控制电荷均匀量值而获得稳定驻极体．为了鉴别驻极体的优劣，也介绍了测量和估算驻极体寿命的设备．文章中还分析宏观象的有关机理．最后根据驻极体主要效应，阐述在微电子学，传感器件和生物医学等方面的应用和前景．     

聚四氟乙烯多孔薄膜驻极体的电荷储存稳定性

利用在室温和高温下的栅控恒压电晕充电,常温电晕充电后经不同温度老化处理后的表面电位衰减测量,及开路热刺激放电(ThermallyStimulatedDischarge,TSD)研究了正负充电后PTFE(Polytetrafluoroethylene)多孔薄膜驻极体的电荷储存稳定性.PTFE多孔膜,PTFE非多孔膜(TeflonPTFE)和FEP(TetrafluoroethylenehexafluoropropyleneCopolymer)非多孔膜(TeflonFEP)间的电荷储存稳定性的比较研究也已进行.通过等温退极化程序,对上述三种薄膜驻极体的电荷储存寿命(有效时间常数)τ进行了定量估算.结果指出:在有机驻极体材料中,对正负充电后两种极性驻极体样品的PTFE多孔薄膜驻极体均呈现最优异的电荷储存稳定性,尤其是在高温条件下.通过扫描电镜(SEM)对这种新结构的氟聚合物驻极体材料的突出电荷储存能力和结构根源也已初步讨论. 关键词： 聚四氟乙烯 多孔膜 驻极体 电荷稳定性     

多孔聚四氟乙烯/氟代乙烯丙烯共聚物复合驻极体材料的压电效应研究

采用高温熔融和电晕充电方法制备了由聚四氟乙烯/氟代乙烯丙烯共聚物复合而成的空间电荷驻极体压电膜.借助准静态压电系数测量，研究了制备工艺对复合膜压电活性的影响.根据Kacprzyk等提出的复合驻极体膜的压电模型，结合等温表面电位衰减和压电系数衰减测量结果，讨论了驻极体复合膜系统中的压电性产生机制.结果表明，压电效应的大小不仅取决于俘获在材料中的电荷密度的大小，还与被俘获电荷在材料中的存在形式和分布有关. 关键词： 空间电荷驻极体 压电效应 聚合物复合膜     

有序结构氟聚合物压电驻极体的制备和压电性研究

描述了一种有序微孔结构压电聚合物功能膜的制备方法,利用模板的高度有序实现薄膜微孔结构的精确控制.将此制备方法用于氟聚合物压电驻极体薄膜的制备,通过扫描电子显微镜(SEM)对其微观结构的观察表明薄膜具有理想的有序结构.对氟聚合物压电驻极体压电性的研究则是利用正压电效应测量准静态压电系数d₃₃,通过等温衰减和压强依赖性的测量考察其压电性能.结果表明:有序结构氟聚合物压电驻极体的准静态压电系数d₃₃可高达300 pC/N;与无序结构氟聚合物     

Teflon AF/非线性光学聚合物驻极体双层膜的极化稳定性

提出制备Teflon AF/非线性光学聚合物驻极体双层膜系统来提高主客体掺杂型非线性光学聚合物驻极体中偶极分子的有序取向稳定性的设想.样品用恒压电晕充电法极化,通过测量电光效应的等温衰减监测偶极子有序取向稳定性,用开路热刺激放电、等温表面电位衰减测量等手段分析了材料的电荷动态特性.结果表明双层膜系统中偶极分子有序取向稳定性明显优于单层非线性光学聚合物驻极体,其松弛规律可用KWW扩展指数函数来描述. 关键词：     

氟聚合物压电驻极体的压电性及其电荷的动态行为

描述了一种可控微结构的多孔聚合物压电功能膜的制备方法,讨论了采用该工艺制备的聚四氟乙烯(PTFE)和全氟乙丙烯共聚物(FEP)复合膜压电驻极体的压电性能及其热稳定性.通过等温压电系数衰减和短路热刺激放电(TSD)方法,研究了氟聚合物复合膜压电活性热稳定性改善的根源,以及脱阱电荷输运和复合的特性.结果表明,这类氟聚合物压电驻极体膜的准静态压电系数d₃₃可高达2200pC/N;压电系数d₃₃的压强特性在直到20kPa的压强范围内呈现良好的 关键词： 氟聚合物 压电驻极体 热稳定性 电荷动态特性     

人工调控微结构压电驻极体的热稳定性和电荷动态特性

利用表面带有周期性结构的硬质模板,通过冷压工艺将周期结构图案复制到多孔聚四氟乙烯(PTFE)薄膜表面,再经过热黏合工艺与致密氟化乙丙烯共聚物(FEP)薄膜复合,制备出了高度有序的微孔结构复合膜,并用电晕充电的方法对复合膜进行极化处理,最终获得氟聚合物复合膜压电驻极体.借助对这类复合膜压电驻极体介电谐振谱的测量,得到了材料的杨氏模量.并利用等温热老化工艺对它们的压电系数d33的热稳定性进行了考察.最后通过短路热刺激放电谱的测量和分析,讨论了该复合膜在热老化处理后的电荷动态 关键词： 有序结构 压电驻极体 压电性 电荷动态特性     

退火与极化温度对尼龙11薄膜驻极体内陷阱能级分布的影响

用热释电技术研究了尼龙11薄膜驻极体制备过程中热处理与极化温度对驻极体陷阱能级分布的影响.结果显示，淬火驻极体的热释电流谱上存在四个空间电荷退陷阱电流峰，而在退火处理后则显示两个退陷阱电流峰.采用多点法对热释电流谱进行理论拟合可以将各个退陷阱电流峰分离并得到它们的陷阱深度参数.这些参数进一步表明，淬火尼龙11薄膜驻极体内存在四个空间电荷的陷阱能级，极化温度升高对它们的分布情况影响不大；退火处理后，陷阱能级减少为两个，且随着极化温度的升高，较浅的陷阱能级有明显向较深陷阱能级接近的趋势. 关键词： 尼龙11 薄膜驻极体 热释电 热处理     

极化电压对聚丙烯压电驻极体膜压电性能的影响

压电驻极体是具有压电效应的微孔结构空间电荷驻极体材料,其压电性能与材料的微结构和空间电荷密切相关.本文首先利用压缩气体膨化工艺对聚丙烯(PP)的微结构进行改性,然后利用接触极化方法,研究了极化电压与PP膜空间电荷密度之间的关系,及其对压电性能的影响.结果表明对于极化前厚度为100μm的PP膜,其内部建立有序空间电荷分布的阈值极化电压为2 kV;一旦有序空间电荷建立起来,PP膜即具有压电效应.随着极化电压的提高,PP膜的空间电荷密度逐步增大,压电效应显著增强.当峰值电压为8 kV时,PP膜电极上的电荷密度、准静态压电系数和品质因数FOMv(d33·g33)分别为0.56 mC/m2,379 pC/N和8.6(GPa)-1.PP压电驻极体膜的FOMv比聚偏氟乙烯(PVDF)铁电聚合物膜高2个量级以上,且声阻抗非常低(～0.025 MRayl),因此该压电膜在超声波发射-接收系统或脉冲-回波系统中具有明显的优势.     

Si基Si3N4/SiO2双层膜驻极体的电荷储存与输运

利用等温表面电位衰减及热刺激放电(thermally stimulated discharge,TSD)方法探讨了恒栅压电晕充电经常压化学气相沉积(APCVD)的Si基Si3N4和热生长SiO₂双层薄膜驻极体电荷的存储特性.结果表明:在常温环境中,300℃高温下,以及95%相对湿度时的60℃条件下,所有试样表现出极好的电荷储存稳定性.对于负电晕充电试样,其电荷输运受慢再捕获效应(slow retrapping effect)控制;用热离子发射模型来描述了正电晕充电Si₃N₄/SiO₂驻极体的正电荷输运特性. 关键词： 驻极体 薄膜 电荷储存 热离子发射     

聚丙烯压电驻极体膜的压电和声学性能研究

以多孔聚丙烯(PP)膜为原材料, 通过压缩气体膨化工艺和电晕极化方法成功制备出PP压电驻极体膜, 并研究了该功能膜的压电和声学性能. 结果表明PP压电驻极体膜厚度方向和横向的杨氏模量分别为1.4和480 MPa, 因此压电系数d₃₃比d₃₁和d₃₂高2个量级以上, d₃₃是该类压电膜压电效应的主要性能指标, 而 d₃₁和d₃₂可以忽略不计. PP压电驻极体膜的准静态压电系数d₃₃在15-35 kPa的压强范围内具有良好的线性度. 在2-300 Hz的测试频率范围内, 300 Hz 下的d₃₃是2 Hz下的81%, 这主要是由PP膜的杨氏模量随频率增大而增强引起的. 在100 Hz-100 kHz 的音频和超声波频率范围内, PP压电驻极体膜具有平坦的频响曲线; 在1 kHz下其开路电压灵敏度和压电系数d₃₃分别为0.85 mV/Pa和164 pC/N. 关键词： 聚丙烯压电驻极体 压电效应 声学性能     

电晕充电多孔PTFE/PP复合驻极体过滤材料的电荷存储特性

报道采用电晕充电方法，对用高温熔融粘合工艺制备得到的双向拉伸多孔PTFE与PP复合过滤材料进行驻极体改性，并采用热刺激放电和表面电位测量等方法研究了材料的电荷存储稳定性,根据驻极体相关理论，对实验结果进行了解释. 结果表明，电晕充电的多孔PTFE/熔喷或纺粘PP覆膜材料中，既存在空间电荷又存在极化电荷，复合膜的界面是电荷陷阱的主要来源. 从不同面对复合膜材料进行充电时，材料具有完全不同的电荷存储特性. 由于材料体内空间电荷和极化电荷的极性相反、相互补偿，表面电位测定并不能真正反映材料内部电荷的存储状态. 关键词： 驻极体 电晕充电 聚合物复合膜 热刺激放电     

界面极化注极聚丙烯薄膜驻极体的电荷存储特性研究

本文报道一种基于双层介质界面极化机理的新型驻极体注极技术: 借助辅助层对PP薄膜进行注极. 采用表面电位测试方法考察了注极温度、注极电压对所获PP薄膜驻极体电荷存储性能的影响, 并利用热刺激放电技术研究了其高温电荷存储性能, 同时测试了PP薄膜驻极体在X和Y方向的静电场分布. 结果表明: 界面极化注极是一种比电晕注极更为优异的驻极体形成方法. 在一定温度下, 驻极体表面电位随注极电压的增加而增加, 而且两者呈线性关系, 这一结果与注极过程的电荷积聚方程的分析完全一致. 注极温度的影响研究表明, 在保持注极电压不变(注极电压范围为0.5–3.0 kV)的情况下, 温度低于75 ℃时, 温度的变化对于注极效果的影响不明显; 当注极温度大于75 ℃ 时, PP薄膜驻极体的表面电位随注极温度的增加而增加. 表面电位随时间的变化研究表明, PP薄膜驻极体具有良好的电荷存储稳定性. 对其表面电位分布的测试表明, 界面极化注极所形成的PP薄膜驻极体呈现均匀的静电场分布.     

交联聚丙烯压电驻极体的压电性能及振动能量采集研究

以电子束辐照交联聚丙烯(IXPP)泡沫薄板为原材料, 首先利用热压工艺对微观结构进行改性, 然后采用电晕充电方法对样品实施极化处理, 使之具有压电效应, 成为压电驻极体. 通过准静态和动态压电系数d₃₃、复电容谱, 以及等温衰减的测量, 研究了IXPP压电驻极体膜的机电耦合性能; 同时考察了基于IXPP压电驻极体膜的振动能量采集器在{3-3}模式下对环境振动能的俘获. 结果表明, IXPP压电驻极体的准静态压电系数d₃₃可高达620 pC/N; 厚度方向的杨氏模量和品质因数(FOM, d₃₃·g₃₃)分别是0.7 MPa和11.2 GPa^-1; 在50, 70和90℃下进行等温老化, 经过24 h后, IXPP压电驻极体膜的准静态压电系数d₃₃分别降低到初始值的54%, 43%和29%; 采用面积为3.14 cm²的IXPP压电驻极体膜为换能元件, 当振子质量为25.6 g, 振动频率为820 Hz时, 振动能量采集器在匹配负载附近可以输出高达65 μW/g²的功率.     

聚四氟乙烯多孔膜的压电活性及其稳定性

研究了经单向机械拉伸形成的非极性空间电荷型薄膜驻极体聚四氟乙烯(PTFE)多孔膜的压电性.讨论了由PTFE多孔膜和非多孔的聚合物薄膜（PTFE，聚酰亚胺PI，氟化乙丙烯共聚物FEP 和聚三氟氯乙烯PCTFE）组成的双层膜的突出压电活性.初步研究结果指出：在优化的极化条 件下形成的上述双层压电膜以外电极测量的准静态压电d₃₃常数可达186 pC/N， 这个数值与压电陶瓷锆钛酸铅PZT的相应常数接近，而比铁电聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)的相 应常数约高出一个数量级.还研究了这类柔性多孔膜 关键词： 聚四氟乙烯多孔膜 压电性 空间电荷驻极体 充电参数 压电活性的热稳定性     

静电技术应用专题系列介绍：第三讲 驻极体及其应用

本文介绍了驻极休荷电的机理和种类，荷电情况的描述和测试原理，形成驻极体的几种主要方法及其优缺点等，最后介绍了驻极体在各个领域的应用情况和前景。     

关于室温高温中FEP驻极体热稳定性的研究

本文通过实验对负极化FEP驻极体的热稳定性进行比较研究。从而得出室温高温两种极化方法下FEP驻极体寿命的研究。     

声速测量装置的改进

采用低频数字信号源推动小型扬声器做声源,用静电式驻极体传感器做拾音器,对传统的声速测量装置进行了改进.改进后的装置不仅能测量不同频率的声速,而且又降低了成本.本文详细介绍了电路的组成及测量结果.     

聚四氟乙烯和氟化乙丙烯共聚物复合膜的压电性

以多孔PTFE膜为骨架,而以致密（非多孔）FEP膜为储电介质层的孔洞结构复合压电驻极体膜的制备方法.利用正压电效应,测量了复合膜的准静态压电系数d₃₃;研究了压电系数的热稳定性和复合膜中空间电荷的动态特性;并通过介电谐振谱的分析,比较了这类复合膜的准静态和动态压电系数.结果表明：FEP和PTFE复合膜压电驻极体的准静态压电系数d₃₃可以达到300 pC/N.经90℃老化20 h 后的d₃₃仍保持在初 关键词： 压电驻极体 压电性 多孔聚四氟乙烯 致密氟化乙丙烯共聚物