Ferroelectret , также известный как piezoelectret , представляет собой тонкую пленку из полимерных пен , демонстрируя пьезоэлектрические и пироэлектрическиесвойства после электрического заряда. Пенопласты из ферроэлектретов обычно представляют собой ячеистую полимерную структуру, наполненную воздухом. Композиты полимер-воздух эластично мягкие из-за высокого содержания воздуха, а также из-за размера и формы полимерных стенок. Их эластично-мягкая композитная структура является важным ключом к принципу работы сегнетоэлектретов, помимо постоянного удержания электрических зарядов внутри полимерных пустот. Упругие свойства допускают большие деформации электрически заряженных пустот. Однако композитная структура также может ограничивать стабильность и, следовательно, диапазон применения. [1]
Как это работает
Наиболее распространенным эффектом, связанным с сегнетоэлектретами, является прямое и обратное пьезоэлектричество, но в этих материалах эффект проявляется иначе, чем соответствующий эффект в сегнетоэлектрических полимерах . В сегнетоэлектрических полимерах напряжение в 3-м направлении в основном уменьшает расстояние между молекулярными цепочками из-за относительно слабых ван-дер-ваальсовых и электростатических взаимодействий между цепями по сравнению с сильными ковалентными связями внутри цепочки. Таким образом, уменьшение толщины приводит к увеличению дипольной плотности и, таким образом, к увеличению зарядов на электродах, что дает отрицательный коэффициент d33 из-за дипольной плотности (или вторичного) пьезоэлектричества. В ячеистых полимерах (сегнетоэлектретах) напряжение в 3-м направлении также уменьшает толщину образца. Уменьшение толщины происходит преимущественно поперек пустот, макроскопические дипольные моменты уменьшаются, как и заряды электродов, давая положительное значение d33 (собственное или прямое (квази) пьезоэлектричество). [2] [3]
Новые возможности
В последние годы были разработаны альтернативы пенопластовым сегнетоэлектретам. В новых полимерных системах требуемые полости формируются с помощью, например, штампов, шаблонов, лазерной резки и т. Д. Термоформование систем слоев из электретных пленок привело к термически более стабильным сегнетоэлектретам. [4] [5] [6]
Заметки
- ^ Меллингер, Аксель; Вегенер, Майкл; Виргес, Вернер; Маллепалли, Раджендар Редди; Герхард-Мультхаупт, Реймунд (2006). «Термическая и временная стабильность сегнетоэлектретных пленок из ячеистых композитов полипропилен / воздух». Сегнетоэлектрики . 331 (1): 189–199. DOI : 10.1080 / 00150190600737933 . ISSN 0015-0193 .
- ^ Lindner, M .; Hoislbauer, H .; Schwodiauer, R .; Bauer-Gogonea, S .; Бауэр, С. (2004). «Заряженные ячеистые полимеры с« сегнетоэлектрическим »поведением». IEEE Transactions по диэлектрикам и электроизоляции . 11 (2): 255–263. DOI : 10,1109 / TDEI.2004.1285895 . ISSN 1070-9878 .
- ^ Хилленбранд, Иоахим; Сесслер, Герхард М. (2004). «Высокочувствительные пьезоэлектрические микрофоны на основе многослойных ячеистых полимерных пленок (L)». Журнал акустического общества Америки . 116 (6): 3267–3270. DOI : 10.1121 / 1.1810272 . ISSN 0001-4966 .
- ^ РАК Альтафим; ХК Бассо; РАП Альтафим; Л. Лима; Резюме де Акино; LG Neto; Р. Герхард-Мультхаупт (2006). «Пьезоэлектреты из термоформованных пузырьковых структур из фторполимерно-электретных пленок». IEEE Transactions по диэлектрикам и электроизоляции . 13 (5): 979–985. DOI : 10,1109 / TDEI.2006.247822 .
- ^ Чжан, X .; Hillenbrand, J .; Сесслер, GM (2007). «Сегнетоэлектреты с повышенной термостойкостью из плавленых фторуглеродных слоев». Журнал прикладной физики . 101 (5): 054114. DOI : 10,1063 / 1,2562413 . ISSN 0021-8979 .
- ^ Альтафим, Руй Альберто Пизани; Цю, Сюньлинь; Виргес, Вернер; Герхард, Реймунд; Альтафим, Руй Альберто Корреа; Бассо, Эйтор Кьюри; Дженнингер, Вернер; Вагнер, Иоахим (2009). «Пьезоэлектреты из фторэтиленпропилена на основе шаблона с трубчатыми каналами для преобразователей». Журнал прикладной физики . 106 (1): 014106. DOI : 10,1063 / 1,3159039 . ISSN 0021-8979 . S2CID 122627574 .
Рекомендации
- Герхард-Мультхаупт Р. (2002). «Меньше может быть больше. Отверстия в полимерах приводят к новой парадигме пьезоэлектрических материалов для электретных преобразователей». IEEE Transactions по диэлектрикам и электроизоляции . 9 (5): 850–859. DOI : 10,1109 / TDEI.2002.1038668 . ISSN 1070-9878 .
- Бауэр, Зигфрид; Герхард-Мультхаупт, Реймунд; Сесслер, Герхард М. (2004). «Сегнетоэлектреты: мягкие электроактивные пены для преобразователей». Физика сегодня . 57 (2): 37–43. DOI : 10.1063 / 1.1688068 . ISSN 0031-9228 .
- Вегенер, Майкл; Бауэр, Зигфрид (2005). "Микрошури в ячеистых полимерах: путь к мягким материалам пьезоэлектрического преобразователя с помощью сконструированных макроскопических диполей". ХимФисХим . 6 (6): 1014–1025. DOI : 10.1002 / cphc.200400517 . ISSN 1439-4235 . PMID 15887192 .
- Бауэр, С. (2006). «Пьезо-, пиро- и ферроэлектреты: мягкие преобразовательные материалы для электромеханического преобразования энергии». IEEE Transactions по диэлектрикам и электроизоляции . 13 (5): 953–962. DOI : 10,1109 / TDEI.2006.247819 .