Bailibo Testing bespricht mit Ihnen die Analyse von Hochspannungspolarisations- und Hochtemperaturpolarisationstechnologien

Hochspannungspolarisation und Hochtemperaturpolarisation sind zwei wichtige Materialpolarisationstechnologien im Bereich der Materialwissenschaften. Sie werden hauptsächlich bei der Herstellung und Leistungsoptimierung von Funktionsmaterialien wie piezoelektrischen Keramiken, ferroelektrischen Materialien und Polymeren eingesetzt. Obwohl beide darauf abzielen, die gerichtete Anordnung elektrischer Domänen innerhalb des Materials zu erreichen, gibt es erhebliche Unterschiede in ihrem Wirkmechanismus und Anwendungsbereich.

1. Prinzip der Hochdruckpolarisation

Hochdruckpolarisation bezieht sich auf die technische Methode zur Erzielung einer Polarisation durch Anlegen einer Hochdruckumgebung und Einbringen von plastifizierendem Gas (z. B. Kohlendioxid). Unter hohem Druck gelangt Kohlendioxidgas in das Polymersystem und wirkt als Weichmacher, wodurch die Glasübergangstemperatur (Tg) des Polymers vorübergehend gesenkt wird. Wenn die Tg auf Raumtemperatur oder darunter sinkt, kann unter relativ milden Bedingungen eine Polymerpolarisierung mit einer höheren Tg erreicht werden. Nach Abschluss der Polarisation wird das Gas im System durch Druckreduzierung entfernt und das Material kehrt in seinen ursprünglichen Zustand zurück.

Die Hauptbeschränkung dieser Technologie besteht darin, dass während des schnellen Dekomprimierungsprozesses große freie Volumenlöcher im Film gebildet werden können, was zu einer schlechten Hochtemperaturstabilität der Polarisationsorientierung führt.

Hochtemperatur-In-situ-Test

2. Prinzip der Hochtemperaturpolarisation

Hochtemperaturpolarisation ist ein Polarisationsprozess, bei dem ein elektrisches Feld angelegt wird, nachdem das Material auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wurde (normalerweise nahe der Curie-Temperatur des Materials). Bei piezoelektrischen Keramikmaterialien liegt die Polarisationstemperatur normalerweise im Bereich von 100–150 °C, um den Rotationswiderstand der elektrischen Domäne wirksam zu reduzieren. Die Haltezeit wird im Allgemeinen auf 10–30 Minuten eingestellt.

In Hochtemperaturumgebungen wird das Koerzitivfeld im Inneren des Materials deutlich reduziert, was bedeutet, dass eine ausreichende Polarisation bei einer relativ geringen elektrischen Feldstärke erreicht werden kann. Experimentelle Untersuchungen zeigen, dass der longitudinale piezoelektrische Koeffizient (d₃₃) des Materials nach der Hochtemperaturpolarisation deutlich verbessert wird und der Polarisationseffekt besser ist als bei der Normaltemperaturpolarisation. Allerdings ist zu beachten, dass die Stabilität der Restpolarisation, gemessen im Temperaturbereich unterhalb der Curie-Temperatur, relativ schlecht ist.

3. Wichtige technische Parameter

Zu den Kernparametern des Polarisationsprozesses gehören das Polarisationsschwellenfeld, das Koerzitivfeld, die Sättigungspolarisationsintensität (Ps), die Restpolarisationsintensität (Pr) usw. Studien haben gezeigt, dass bei einem elektrischen Feld unter etwa 150 V/mm keine vollständige Polarisation erreicht werden kann, selbst oberhalb der Phasenübergangstemperatur, was darauf hindeutet, dass für den Polarisationsprozess das Erreichen einer ausreichenden elektrischen Feldstärke erforderlich ist.

IV. Anwendungsgebiete

Hochspannungspolarisations- und Hochtemperaturpolarisationstechnologie werden häufig bei der Herstellung von piezoelektrischen Keramiksensoren, ferroelektrischen Speichern, Treibern und anderen elektronischen Geräten eingesetzt und haben einen wichtigen wissenschaftlichen Forschungs- und Anwendungswert in den Bereichen Materialwissenschaft, Energiespeicherung und -umwandlung.