Tecnologia de polarização de filme fino piezoelétrico Bailibo: análise dos princípios e características de quatro métodos principais

Os filmes piezoelétricos são materiais funcionais essenciais nas áreas de eletrônica flexível, detecção inteligente, coleta de energia e outras áreas. A ativação e melhoria de suas propriedades piezoelétricas são altamente dependentes do tratamento de polarização. A essência da polarização é que, sob o efeito sinérgico do campo elétrico de alta temperatura e alta tensão, os dipolos elétricos caóticos ou domínios elétricos dentro do filme são forçados a se alinhar em uma direção específica, fazendo com que o material exiba um efeito piezoelétrico macroscópico. Atualmente, a Bailibo Testing formou quatro sistemas de tecnologia maduros para as necessidades de polarização de filmes piezoelétricos: polarização de contato em banho de óleo, polarização de contato de ar, polarização corona positiva e polarização corona negativa. Diferentes métodos apresentam diferenças significativas em princípios, cenários aplicáveis ​​e efeitos de polarização.

A polarização de contato em banho de óleo é um método de polarização de contato tradicional e amplamente utilizado. Esta tecnologia imerge completamente a amostra de filme em óleo de silicone isolante resistente a altas temperaturas (como óleo de metil silicone), com as superfícies superior e inferior em contato direto com eletrodos metálicos, e a polarização é completada sob a ação combinada de aquecimento e campos elétricos de alta tensão (geralmente 100-300 MV/m). O meio de óleo isolante pode prevenir eficazmente a descarga de alta tensão e a quebra do arco, garantir a segurança do processo de polarização e a uniformidade do campo elétrico, ao mesmo tempo que mantém de forma estável a temperatura de polarização de 100-140°C (perto da temperatura Curie de filmes de polímero como PVDF). Este método é totalmente polarizado e altamente estável, e é adequado para materiais densos, como filmes compostos à base de PVDF e PZT. Pode atingir uma alta constante piezoelétrica (d33). No entanto, tem limitações tais que a amostra é suscetível à contaminação por óleo de silicone, o pós-processamento e a limpeza são complicados e não é adequado para filmes porosos ou resistentes a óleo.

A polarização por contato com o ar é uma tecnologia de contato aprimorada de polarização em banho de óleo. Elimina o meio de banho de óleo e aplica diretamente o campo elétrico de alta tensão de contato e o aquecimento ao filme no ar ambiente. Ao otimizar a estrutura do eletrodo (como eletrodo plano banhado a ouro) e usar o controle preciso de temperatura PID, o risco de decomposição do ar é reduzido e é adequado para materiais de filme flexível que são sensíveis ao óleo isolante e facilmente contaminados. Este método é simples de operar, livre de poluição, possui alta eficiência de processamento de amostras e os parâmetros de temperatura de polarização e campo elétrico são controláveis. É adequado para o desenvolvimento e preparação de pequenos lotes de filmes piezoelétricos finos e de alta limpeza. No entanto, em comparação com o ambiente de banho de óleo, seu limite de tolerância de alta tensão é menor e a taxa de aumento de tensão precisa ser rigorosamente controlada para evitar defeitos na amostra causados ​​por descarga parcial. É mais adequado para materiais de película fina com alta resistência à ruptura e estrutura densa.

A polarização corona é uma tecnologia de polarização sem contato, dividida em duas categorias: corona positiva e corona negativa. O princípio central é usar eletrodos de alta tensão em forma de agulha ou lineares para gerar um campo elétrico forte e não uniforme, que ioniza o ar para formar uma descarga corona, gera um grande número de íons e bombardeia a superfície do filme acionada pelo campo elétrico, injeta cargas e estimula o arranjo direcional dos dipolos internos. A polarização corona positiva usa íons positivos como principais transportadores, tem energia iônica moderada, poucos danos à superfície do filme e profundidade de injeção de carga rasa. É adequado para polarização de superfície, preparação de filmes de eletreto e filmes de polímeros flexíveis, como PVDF e FEP. A polarização corona negativa é dominada por elétrons e íons negativos, com injeção de carga mais profunda, distribuição mais uniforme e maior eficiência de polarização. Ele pode efetivamente melhorar as propriedades piezoelétricas em massa de filmes finos e é especialmente adequado para filmes piezoelétricos porosos, membranas de nanofibras e outros materiais estruturais soltos.

Em resumo, cada um dos quatro métodos de polarização tem seu próprio foco técnico: a polarização por contato em banho de óleo é adequada para filmes densos com alta estabilidade e alto grau de polarização; a polarização por contato com o ar é livre de poluição e de alta eficiência para filmes limpos; a polarização corona positiva e negativa não tem contato e é altamente adaptável para cobrir cenários de filmes flexíveis, porosos e de grandes áreas. Em aplicações práticas, é necessário selecionar o esquema de polarização ideal com base nas características do material do filme (como material, densidade, resistência à temperatura), requisitos de desempenho (coeficiente piezoelétrico, uniformidade) e requisitos de cena, ou combinar vários métodos para maximizar o desempenho, estabelecendo as bases para a aplicação de filmes piezoelétricos em detecção inteligente, eletrônica vestível, coleta de microenergia e outros campos.