Technologie de polarisation piézoélectrique à couche mince Bailibo : analyse des principes et des caractéristiques de quatre méthodes de base

Les films piézoélectriques sont des matériaux fonctionnels essentiels dans les domaines de l'électronique flexible, de la détection intelligente, de la récupération d'énergie et d'autres domaines. L'activation et l'amélioration de leurs propriétés piézoélectriques dépendent fortement du traitement de polarisation. L'essence de la polarisation est que sous l'effet synergique d'un champ électrique à haute température et à haute tension, les dipôles électriques chaotiques ou les domaines électriques à l'intérieur du film sont forcés de s'aligner dans une direction spécifique, provoquant ainsi un effet piézoélectrique macroscopique du matériau. À l'heure actuelle, Bailibo Testing a formé quatre systèmes technologiques matures pour les besoins de polarisation des films piézoélectriques : polarisation par contact en bain d'huile, polarisation par contact avec l'air, polarisation corona positive et polarisation corona négative. Différentes méthodes présentent des différences significatives en termes de principes, de scénarios applicables et d'effets de polarisation.

La polarisation par contact par bain d'huile est une méthode de polarisation par contact traditionnelle et largement utilisée. Cette technologie immerge complètement l'échantillon de film dans une huile de silicone isolante résistante aux hautes températures (telle que l'huile de méthylsilicone), les surfaces supérieure et inférieure étant en contact direct avec des électrodes métalliques, et la polarisation est complétée sous l'action combinée du chauffage et des champs électriques à haute tension (généralement 100-300 MV/m). Le milieu d'huile isolant peut empêcher efficacement les décharges à haute tension et les claquages ​​d'arc, assurer la sécurité du processus de polarisation et l'uniformité du champ électrique, tout en maintenant de manière stable la température de polarisation de 100 à 140 °C (proche de la température de Curie des films polymères tels que le PVDF). Cette méthode est entièrement polarisée et hautement stable, et convient aux matériaux denses tels que les films composites à base de PVDF et de PZT. Il peut atteindre une constante piézoélectrique élevée (d33). Cependant, il présente des limites telles que l'échantillon est susceptible d'être contaminé par l'huile de silicone, le post-traitement et le nettoyage sont fastidieux et ne conviennent pas aux films poreux ou résistants à l'huile.

La polarisation par contact aérien est une technologie de contact améliorée du bain d'huile polarisation. Il élimine le milieu du bain d'huile et applique directement un champ électrique de contact à haute tension et un chauffage au film dans l'air ambiant. En optimisant la structure de l'électrode (telle qu'une électrode plate plaquée or) et en utilisant un contrôle précis de la température PID, le risque de décomposition de l'air est réduit et convient aux matériaux de film flexibles sensibles à l'huile isolante et facilement contaminés. Cette méthode est simple à utiliser, sans pollution, présente une efficacité de traitement des échantillons élevée et les paramètres de température de polarisation et de champ électrique sont contrôlables. Il convient au développement et à la préparation en petits lots de films piézoélectriques fins et de haute propreté. Cependant, par rapport à l'environnement du bain d'huile, sa limite de tolérance à haute tension est inférieure et le taux d'augmentation de tension doit être strictement contrôlé pour éviter les défauts de l'échantillon causés par une décharge partielle. Il convient mieux aux matériaux à couches minces présentant une résistance élevée à la rupture et une structure dense.

La polarisation Corona est une technologie de polarisation sans contact, divisée en deux catégories : corona positive et corona négative. Le principe de base consiste à utiliser des électrodes haute tension en forme d'aiguille ou linéaires pour générer un champ électrique fort non uniforme, qui ionise l'air pour former une décharge corona, génère un grand nombre d'ions et bombarde la surface du film entraînée par le champ électrique, injecte des charges et stimule la disposition directionnelle des dipôles internes. La polarisation corona positive utilise des ions positifs comme porteurs principaux, a une énergie ionique modérée, peu de dommages à la surface du film et une faible profondeur d'injection de charge. Il convient à la polarisation de surface, à la préparation de films électret et aux films polymères flexibles tels que PVDF et FEP. La polarisation corona négative est dominée par les électrons et les ions négatifs, avec une injection de charge plus profonde, une distribution plus uniforme et une efficacité de polarisation plus élevée. Il peut améliorer efficacement les propriétés piézoélectriques globales des films minces et convient particulièrement aux films piézoélectriques poreux, aux membranes de nanofibres et à d'autres matériaux structurels lâches.

En résumé, les quatre méthodes de polarisation ont chacune leur propre objectif technique : la polarisation par contact par bain d'huile convient aux films denses avec une stabilité élevée et un degré élevé de polarisation ; la polarisation par contact avec l'air est non polluante et très efficace pour les films propres ; Les polarisations corona positives et négatives sont sans contact et hautement adaptables pour couvrir des scénarios de films flexibles, poreux et de grande surface. Dans les applications pratiques, il est nécessaire de sélectionner le schéma de polarisation optimal en fonction des caractéristiques du matériau du film (telles que le matériau, la densité, la résistance à la température), les exigences de performance (coefficient piézoélectrique, uniformité) et les exigences de la scène, ou de combiner plusieurs méthodes pour maximiser les performances, jetant ainsi les bases de l'application de films piézoélectriques dans la détection intelligente, l'électronique portable, la collecte de micro-énergie et d'autres domaines.