一种有机压电薄膜极化方法 【技术领域】
本发明属于压电材料领域，涉及有机压电薄膜的极化方法，还涉及压电薄膜的极化装置。
背景技术
极化是赋予压电材料压电性能的基本工艺过程，通用极化方法包括电接触极化、电晕放电极化等。电接触极化是在被极化的材料表面直接铺设金属电极，施加直流电压或交变循环电压；电晕放电极化是一种非接触极化方式，在两排相对的针状电极上施加高电压，形成电晕环，对处于两排针状电极之间的薄膜进行极化。在用这些方法对PVDF和P(VDF-TrFE)膜尤其是厚度较低的膜进行极化时，由于薄膜上的机电缺陷，极易造成极化击穿，使被极化薄膜难以充分极化，造成薄膜的压电性能低、工艺稳定性差、生产效率低。为了避免极化击穿，得到均匀稳定的压电性能，德国的Bernd PLOSS和Beatrix PLOSS在1996年的第9届国际驻极体会议(Proceedings ISE9，p.835，Shanghai 1996)发表论文，采用单面抛光的预先极化过的压电陶瓷与PVDF或P(VDF-TrFE)形成夹层结构进行极化，但由于压电陶瓷硬而脆，与柔性的有机薄膜匹配困难，加工时易碎，尤其是对于大面积被极化薄膜，很难保证压电陶瓷与有机薄膜表面的全面接触，影响极化程度和均匀性。
【发明内容】
本发明旨在提供一种有机压电薄膜极化方法，通过采用本发明涉及的极化方法，实现对压电薄膜的充分、均匀极化，避免极化过程击穿。
本发明是这样实现地，以电接触极化方法为基础，采用直流电源施加极化电压，用均匀、平整的0-3连接复合压电材料3(以下简称复合压电材料3)隔离被极化薄膜2与极化电极1(结构示意于附图1或2)，使作用于被极化薄膜上的电场均匀、稳定，按常规条件进行极化。本发明涉及的有机压电薄膜极化方法，可在被极化薄膜的单面或双面采用复合压电材料3使其与金属电极1隔离。
本发明涉及的极化方法中所使用的复合压电材料的相对介电常数一般为10～100，压电系数d33为10×10-12C/N～60×10-12C/N，厚度0.2mm～10mm。
本发明涉及的极化方法可直接使用复合压电材料，也可预先对其进行极化后使用。采用预先极化的复合压电材料，效果更好。在采用预先极化的复合压电材料时，应使复合压电材料的极性与外加电压相反，即：对于两面铺设复合压电材料的结构，其中一片复合压电材料3的正极与电源4的负极相接，负极与被极化薄膜2相连，另一片复合压电材料3的负极与外加电源4的正极相接，正极与被极化薄膜2相连。对于单面铺设复合压电材料3的结构，采用同样的连接方式，最好的连接方式为复合压电材料3的正极与外加电源4的负极相接，而电源的正极与被极化的薄膜相接。
本方法涉及的极化方法，极化温度一般在室温～120℃之间，最好在40℃～80℃之间，施加的极化电压与被极化薄膜的厚度、复合压电材料的厚度有关，一般为4KV～15KV；极化时间一般在10min～90min之间。
本发明涉及的极化方法适用于单向或双向拉伸的PVDF和P(VDF-TrFE)薄膜，特别适用于厚度小于100μm的有机薄膜。
采用本发明涉及的极化方法，以电接触极化方法为基础，使作用于被极化薄膜上的电场均匀、稳定，按常规条件进行极化，操作简单，避免了极化击穿，极化过程稳定性好，可显著提高极化周期完成率和被极化薄膜的压电性能和压电性能稳定性。本发明涉及的极化方法重复性好，生产效率高。
【附图说明】
附图1本发明涉及极化方法的一种极化结构示意图
附图2本发明涉及极化方法的另一种极化结构示意图
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明涉及的极化方法进行详细描述，但不作为对本发明的限制。
对比例
采用常规直接电接触极化方式，对单向拉伸5倍，厚度为30μm的PVDF膜进行极化，极化电压1.5kV，极化温度80℃，极化时间40min，然后带电冷却到室温，10组平行试验极化周期完成率30％，压电性能分散，d33低。数据见附表。
实施例一
采用附图1所示装置，在电极与被极化薄膜之间放置预先极化的0-3连接复合压电材料，复合压电材料厚度1mm，相对介电常数为50，压电系数d33为25pC/N，对单向拉伸5倍，厚度为30μm的PVDF膜进行极化，极化电压12kV，极化温度80℃，极化时间40min，然后带电冷却到室温，10组平行试验极化周期完成率100％，压电性能高，重复性好。数据见附表。
实施例二
采用附图2所示装置，在电极与被极化薄膜之间放置预先极化的0-3连接复合压电材料，并使复合压电材料的正极与外加电压的负极连接，复合压电材料厚度1mm，相对介电常数为50，压电系数d33为25pC/N，对单向拉伸5倍，厚度为30μm的PVDF膜进行极化。极化电压6kV，极化温度80℃，极化时间40min，然后带电冷却到室温，10组平行试验极化周期完成率100％，压电性能高，重复性好。数据见附表。
实施例三
采用附图2所示装置，在电极与被极化薄膜之间放置未极化的0-3连接复合压电材料，复合压电材料厚度1mm，相对介电常数为50，对单向拉伸5倍，厚度为30μm的PVDF膜进行极化。极化电压6kV，极化温度80℃，极化时间40min，然后带电冷却到室温，10组平行试验极化周期完成率100％，压电性能高，重复性好。数据见附表。
实施例四
采用附图2所示装置，在电极与被极化薄膜之间放置预先极化的0-3连接复合压电材料，并使复合压电材料的正极与外加电压的负极连接，复合压电材料厚度1mm，相对介电常数为10，压电系数d33为10pC/N，对单向拉伸5倍，厚度为30μm的PVDF膜进行极化。极化电压6kV，极化温度80℃，极化时间40min，然后带电冷却到室温，10组平行试验极化周期完成率100％，压电性能高，重复性好。数据见附表。
实施例五
采用附图2所示装置，在电极与被极化薄膜之间放置预先极化的0-3连接复合压电材料，并使复合压电材料的正极与外加电压的负极连接，复合压电材料厚度1mm，相对介电常数为100，压电系数d33为60pC/N，对单向拉伸5倍，厚度为30μm的PVDF膜进行极化。极化电压6kV，极化温度80℃，极化时间40min，然后带电冷却到室温，10组平行试验极化周期完成率100％，压电性能高，重复性好。数据见附表。
实施例六
采用附图2所示装置，在电极与被极化薄膜之间放置未极化的0-3连接复合压电材料，复合压电材料厚度1mm，相对介电常数为50，对单向拉伸5倍，厚度为15μm的PVDF膜进行极化。极化电压5.5kV，极化温度80℃，极化时间40min，然后带电冷却到室温，10组平行试验极化周期完成率100％，压电性能高，重复性好。数据见附表。
实施例七
采用附图2所示装置，在电极与被极化薄膜之间放置未极化的0-3连接复合压电材料，复合压电材料厚度1mm，相对介电常数为50，对单向拉伸5倍，厚度为60μm的PVDF膜进行极化。极化电压7.5kV，极化温度80℃，极化时间40min，然后带电冷却到室温，10组平行试验极化周期完成率100％，压电性能高，重复性好。数据见附表。
附表 对比例和实施例10组试验数据统计结果 实施例 d33平均值 10-12C/N 标准偏差 10-12C/N 极差 10-12C/N 极化周期完成率 ％ 对比例 7.6 4.38 12 30 实施例一 19.3 0.54 1.5 100 实施例二 20.3 0.49 1.3 100 实施例三 19.5 0.57 1.5 100 实施例四 19.1 0.52 1.4 100 实施例五 19.8 0.61 1.6 100 实施例六 19.4 0.60 1.6 100 实施例七 20.1 0.48 1.2 100