Tecnologia di polarizzazione piezoelettrica a film sottile Bailibo: analisi dei principi e delle caratteristiche dei quattro metodi principali

Le pellicole piezoelettriche sono materiali funzionali fondamentali nei campi dell'elettronica flessibile, del rilevamento intelligente, della raccolta di energia e in altri campi. L'attivazione e il miglioramento delle loro proprietà piezoelettriche dipendono fortemente dal trattamento di polarizzazione. L'essenza della polarizzazione è che sotto l'effetto sinergico dell'alta temperatura e del campo elettrico ad alta tensione, i dipoli elettrici caotici o i domini elettrici all'interno del film sono costretti ad allinearsi in una direzione specifica, facendo così sì che il materiale mostri un effetto piezoelettrico macroscopico. Allo stato attuale, Bailibo Testing ha formato quattro sistemi tecnologici maturi per le esigenze di polarizzazione dei film piezoelettrici: polarizzazione a contatto con bagno d'olio, polarizzazione a contatto con l'aria, polarizzazione a corona positiva e polarizzazione a corona negativa. Metodi diversi presentano differenze significative nei principi, negli scenari applicabili e negli effetti di polarizzazione.

La polarizzazione a contatto con bagno d'olio è un metodo di polarizzazione a contatto tradizionale e ampiamente utilizzato. Questa tecnologia immerge completamente il campione di pellicola in olio siliconico isolante resistente alle alte temperature (come l'olio di metilsilicone), con le superfici superiore e inferiore a diretto contatto con elettrodi metallici, e la polarizzazione viene completata sotto l'azione combinata di riscaldamento e campi elettrici ad alta tensione (solitamente 100-300 MV/m). Il mezzo di olio isolante può prevenire efficacemente scariche ad alta tensione e rottura dell'arco, garantire la sicurezza del processo di polarizzazione e l'uniformità del campo elettrico, mantenendo stabilmente la temperatura di polarizzazione di 100-140°C (vicino alla temperatura di Curie dei film polimerici come il PVDF). Questo metodo è completamente polarizzato e altamente stabile ed è adatto per materiali densi come film compositi a base di PVDF e PZT. Può raggiungere un'elevata costante piezoelettrica (d33). Tuttavia, presenta limitazioni tali che il campione è suscettibile alla contaminazione da olio di silicone, la post-elaborazione e la pulizia sono complesse e non è adatta per pellicole porose o resistenti all'olio.

La polarizzazione del contatto con l'aria è una tecnologia di contatto migliorata del bagno d'olio polarizzazione. Elimina il mezzo del bagno d'olio e applica direttamente il campo elettrico di contatto ad alta tensione e il riscaldamento alla pellicola nell'ambiente aereo. Ottimizzando la struttura dell'elettrodo (come l'elettrodo piatto placcato in oro) e utilizzando il controllo preciso della temperatura PID, il rischio di rottura dell'aria è ridotto ed è adatto per materiali in pellicola flessibile sensibili all'olio isolante e facilmente contaminati. Questo metodo è semplice da utilizzare, non inquinato, ha un'elevata efficienza di elaborazione del campione e la temperatura di polarizzazione e i parametri del campo elettrico sono controllabili. È adatto per lo sviluppo e la preparazione di piccoli lotti di film piezoelettrici sottili e ad alta pulizia. Tuttavia, rispetto all'ambiente del bagno d'olio, il limite di tolleranza dell'alta tensione è inferiore e la velocità di aumento della tensione deve essere strettamente controllata per evitare difetti del campione causati da scariche parziali. È più adatto per materiali a film sottile con elevata resistenza alla rottura e struttura densa.

La polarizzazione Corona è una tecnologia di polarizzazione senza contatto, divisa in due categorie: corona positiva e corona negativa. Il principio fondamentale è quello di utilizzare elettrodi ad alta tensione a forma di ago o lineari per generare un forte campo elettrico non uniforme, che ionizza l'aria per formare una scarica a corona, genera un gran numero di ioni e bombarda la superficie della pellicola guidata dal campo elettrico, inietta cariche e stimola la disposizione direzionale dei dipoli interni. La polarizzazione della corona positiva utilizza ioni positivi come portatori principali, ha un'energia ionica moderata, pochi danni alla superficie della pellicola e una profondità di iniezione della carica superficiale. È adatto per la polarizzazione superficiale, la preparazione di film elettrete e film polimerici flessibili come PVDF e FEP. La polarizzazione della corona negativa è dominata da elettroni e ioni negativi, con iniezione di carica più profonda, distribuzione più uniforme e maggiore efficienza di polarizzazione. Può migliorare efficacemente le proprietà piezoelettriche sfuse dei film sottili ed è particolarmente adatto per film piezoelettrici porosi, membrane in nanofibra e altri materiali strutturali sfusi.

In sintesi, i quattro metodi di polarizzazione hanno ciascuno il proprio focus tecnico: la polarizzazione a contatto con bagno d'olio è adatta per film densi con elevata stabilità e alto grado di polarizzazione; la polarizzazione del contatto con l'aria è priva di inquinamento e ad alta efficienza per film puliti; la polarizzazione della corona positiva e negativa sono senza contatto e altamente adattabili per coprire scenari di pellicole flessibili, porose e di ampia area. Nelle applicazioni pratiche, è necessario selezionare lo schema di polarizzazione ottimale in base alle caratteristiche del materiale della pellicola (come materiale, densità, resistenza alla temperatura), requisiti prestazionali (coefficiente piezoelettrico, uniformità) e requisiti della scena, o combinare più metodi per massimizzare le prestazioni, ponendo le basi per l'applicazione di pellicole piezoelettriche nel rilevamento intelligente, nell'elettronica indossabile, nella raccolta di microenergia e in altri campi.