CN106876579B - 高分子薄膜极化方法及装置、极化膜、电子器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子薄膜极化方法及装置、极化膜、电子器件。一种高分子薄膜极化方法及装置，利用X射线电离待极化高分子薄膜上方的环境气体并在所述高电场作用下，穿过所述低电场而沉积在所述高分子薄膜表面，使所述高分子薄膜内形成沿所述薄膜厚度方向的膜内电场，从而完成所述高分子薄膜的极化。能有效提高极化膜的生产合格率，减少环境污染。本发明还提供一种极化膜，采用上述高分子薄膜极化方法制备得到，具有较强的压电效应和较长的使用寿命。本发明还提供一种电子器件，基底以及原位形成于所述基底上的极化膜，有效拓宽该电子器件的应用并增强其竞争力。
Description
【技术领域】
本发明涉及薄膜技术领域，具体涉及一种高分子薄膜极化方法及装置、极化膜、电子器件。
【背景技术】
极化是薄膜材料处理中的一个重要环节，主要目的是使薄膜材料中杂乱取向的分子偶极矩沿着特定方向(如极化电场方向)一致取向，从而使该薄膜材料具有压电性能。
薄膜极化通常直接将薄膜材料置于电极之间，利用电极产生的高压电场完成极化，这种方法非常容易将薄膜材料击穿。特别有些高分子薄膜材料是直接形成在电子器件表面，在高压电场直接极化还容易因为薄膜材料击穿而导致整个电子器件的损坏，所以成本昂贵。而且由于整个极化方法生产合格率较低，基本不能大规模生产。
【发明内容】
为克服现有薄膜极化生产合格率较低的技术问题，本发明提供一种高分子薄膜极化方法及装置、极化膜、电子器件。
本发明为解决上述技术问题的一技术方案是提供一种高分子薄膜极化方法，包括：提供待极化高分子薄膜并使该薄膜电势为零，在所述待极化高分子薄膜上方提供高电场以及一个低电场，所述高电场电势高于所述低电场的电势，采用X射线电离待极化高分子薄膜上方的环境气体并在所述高电场作用下，穿过所述低电场而沉积在所述高分子薄膜表面，使所述高分子薄膜内形成沿所述薄膜厚度方向的膜内电场，通过监测所述膜内电场产生的薄膜电流的变化率来确定极化终点，从而完成所述高分子薄膜的极化。
优选地，所述通过监测所述膜内电场产生的薄膜电流的变化率来确定极化终点包括：
设置一电流传感器与所述高分子薄膜相连，以测得所述薄膜电流；
以极化时间t为横坐标，薄膜电流I为纵坐标绘制薄膜电流变化曲线图；
获取薄膜电流I与极化时间t之间的斜率；
当斜率保持为正数且连续获取的斜率之间的变化量小于预定值时，确定为极化终点。
优选地，所述高分子薄膜为铁电聚合物薄膜，所述薄膜电流在极化过程中表现出巴克豪森噪声的振荡行为特性，通过监测巴克豪森噪声对薄膜电流的影响，对极化终点进行预测。
优选地，所述高电场的电势为10-50kV，所述低电场的电势为5-40kV。
优选地，所述高分子薄膜为原位形成在一基底上的薄膜，薄膜厚度小于9μm。
本发明还提供一种高分子薄膜极化装置，用于极化高分子薄膜，所述高分子薄膜极化装置包括X射线发生器、电场组件和物品承载台；所述X射线发生器用于提供X射线，所述物品承载台接地用于承载待极化高分子薄膜并使该待极化高分子薄膜电势为零；该电场组件包括一高压电场端和一低压电极端，所述高压电场端位于物品承载台上方，所述低压电极端位于高压电场端跟物品承载台之间；该高压电场端电势比低压电极端电势高；该物品承载台上方的环境气体可被X射线电离并在该电场组件形成的电场下移动并沉积在所述待极化高分子薄膜表面，使所述待极化高分子薄膜内形成沿所述薄膜厚度方向的膜内电场，从而完成所述高分子薄膜的极化。
优选地，所述高压电场端包括阵列状针状电极或线状电极或平板电极或栅格电极，所述高压电场端与低压电极端之间的距离大于所述低压电极端与物品承载台之间的距离。
优选地，所述低压电极端为栅格电极端或具有让带电离子通过的贯穿部的平板电极端，该低压电极端与物品承载台之间的距离为1-10mm，所述平板电极由相互平行且间隔一定距离的多根金属线形成，所述多根金属线之间的间隔形成所述贯穿部。
优选地，所述高分子薄膜极化装置进一步包括用于测量所述待极化高分子薄膜的薄膜电流的电流感测器。
优选地，所述高分子薄膜极化装置进一步包括控制处理器，用于接收电流感测器的薄膜电流数据，并根据所述薄膜电流的变化确定极化终点。
本发明还提供一种极化膜，采用上述高分子薄膜极化方法制备得到。
优选地，所述极化膜为铁电聚合物薄膜，薄膜厚度小于9μm。
本发明还提供一种电子器件，其包括基底以及原位形成于所述基底上的极化膜，所述极化膜采用如上所述的高分子薄膜极化方法制备得到。
相对于现有技术，本发明所提供的一种高分子薄膜极化方法，利用X射线电离待极化高分子薄膜上方的环境气体并在所述高电场作用下，穿过所述低电场而沉积在所述高分子薄膜表面，使所述高分子薄膜内形成沿所述薄膜厚度方向的膜内电场，从而完成所述高分子薄膜的极化。相较于直接在高分子薄膜的上下表面设置电极，不会使高分子薄膜直接承受所施加的高压电场，因此能避免高分子薄膜被击穿，有效提高极化膜的生产合格率，可以实现大规模生产；且制得的极化膜具有较强的压电效应和较长的使用寿命。此外，在本发明所提供的一种高分子薄膜极化方法中采用X射线不会对大气臭氧层产生破坏，因而不会造成环境污染。
进一步的是，通过监测所述高分子薄膜的薄膜电流确定极化终点，能更好的保证得到压电效应强且使用寿命长的极化膜，且每次极化后获得的极化膜性能一致性好。
本发明还提供的一种高分子薄膜极化装置，采用X射线发生器提供X射线，物品承载台上方的环境气体被X射线电离并在该电场组件形成的电场下移动并沉积在所述待极化高分子薄膜表面，使所述待极化高分子薄膜内形成沿所述薄膜厚度方向的膜内电场，从而完成所述高分子薄膜的极化。相较于直接在高分子薄膜的上下表面设置电极，不会使高分子薄膜直接承受所施加的高压电场，因此能避免高分子薄膜被击穿，有效提高极化膜的生产合格率，可以实现大规模生产；且制得的极化膜具有较强的压电效应和较长的使用寿命。此外，在本发明所提供的一种高分子薄膜极化装置中采用X射线不会造成环境污染。
本发明还提供一种极化膜，采用上述高分子薄膜极化方法制备得到，该极化膜具有较强的压电效应和较长的使用寿命。
本发明还提供一种电子器件，其包括基底以及原位形成于所述基底上的极化膜。由于所述极化膜具有较强的压电效应，有效拓宽该电子器件的应用并增强其竞争力。
【附图说明】
图1是本发明实施例一中高分子薄膜极化方法的流程示意图。
图2是本发明实施例一中高分子薄膜极化方法的原理示意图。
图3是本发明实施例一中高分子薄膜极化方法的薄膜电流的测试曲线图。
图4中(A)为本发明实施例一中铁电聚合物薄膜极化前的微观结构示意图；(B)为本发明实施例一中铁电聚合物薄膜极化后的微观结构示意图。
图5中(A)为本发明实施例一高分子薄膜极化方法中，极化过程下的铁电聚合物薄膜的电滞回线(极性-膜内电场)的示意图；(B)为极化过程下的巴克豪森噪声信号与膜内电场之间的关系示意图；(C)为极化过程下的极化微晶密度与膜内电场之间的关系示意图；(D)为极化过程下的薄膜电流与膜内电场之间的关系示意图。
图6是本发明实施例四高分子薄膜极化装置的结构示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
如图1所示，一种高分子薄膜极化方法，包括：
步骤S1：提供待极化高分子薄膜并使该薄膜电势为零；
步骤S2：在所述待极化高分子薄膜上方提供高电场以及一个低电场，所述高电场电势高于所述低电场的电势；
步骤S3：采用X射线电离待极化高分子薄膜上方的环境气体并在所述高电场作用下，穿过所述低电场而沉积在所述高分子薄膜表面，使所述高分子薄膜内形成沿所述薄膜厚度方向的膜内电场，从而完成所述高分子薄膜的极化。
本发明所提供的一种高分子薄膜极化方法，利用X射线电离待极化高分子薄膜上方的环境气体并在所述高电场作用下，穿过所述低电场而沉积在所述高分子薄膜表面，使所述高分子薄膜内形成沿所述薄膜厚度方向的膜内电场，从而完成所述高分子薄膜的极化。相较于直接在高分子薄膜的上下表面设置电极，不会使高分子薄膜直接承受所施加的高压电场，因此能避免高分子薄膜被击穿，有效提高极化膜的生产合格率，可以实现大规模生产；且制得的极化膜具有较强的压电效应和较长的使用寿命。此外，在本发明所提供的一种高分子薄膜极化方法中采用X射线不会对大气臭氧层产生破坏，因而不会造成环境污染。
本发明所提供的高分子薄膜极化方法的原理示意图如图2所示，提供待极化的高分子薄膜103，并使该薄膜电势为零。一般来说，如图中所示，使所述高分子薄膜103接地即可。在所述待极化高分子薄膜103上方提供高电场以及一个低电场，所述高电场电势高于所述低电场的电势。所述高电场可以是如图1中所示，由电势源101通过一电势释放件104提供，所述电势释放件104可以是金属针或者是细金属线或者平板电极或者栅格状电极等。所述低电场可以是如图1中所示，由格栅105或者是设有贯穿部的平板提供，比如多根互相平行金属线且间隔一定距离而形成的平板电极，多根金属线之间的间隔即形成所述平板状电极的贯穿部。本实施例中，低电场采用栅格150提供。所述格栅105设置在电源释放件104与高分子薄膜103之间。采用X射线电离待极化高分子薄膜上方的环境气体，从而产生带电离子102，带电离子102在所述高电场作用下，穿过所述低压电场也即穿过格栅105而沉积在所述高分子薄膜103表面，使所述高分子薄膜103内形成沿所述薄膜厚度方向(即图中箭头P所指方向)的膜内电场，从而完成所述高分子薄膜103的极化。其中，所述格栅105可以确定格栅105所在平面的电势，并均匀格栅105所在处的电场，从而保证沉积在所述高分子薄膜103表面的带电离子102的均匀度。
优选地，所述电源释放件104与格栅105之间的距离大于所述格栅105与高分子薄膜103之间的距离。优选地，所述格栅105与高分子薄膜103之间的距离为1-10mm，通过确定格栅105与高分子薄膜103之间的距离，能更好的控制高分子薄膜103内所形成的膜内电场，使得膜内电场处在一个较高且稳定的状态。当然，可以理解，在一些优选的实施例中，只需保证所述电源释放件104与格栅105之间的距离大于所述格栅105与高分子薄膜103之间的距离即可。更好的是，所述电源释放件104与高分子薄膜103之间的距离为10-500mm，最优的是所述电源释放件104与高分子薄膜103之间的距离为300mm。
优选地，所述高电场的电势为10-50kV，所述低电场的电势为5-40kV，通过确定高电场的电势以及低电场的电势，能保证极化过程的稳定性。在这里需要说明的是，当然仍然需要保证高电场的电势高于低电场的电势，并且优选的是，高电场的电势比低电场的电势高5-30kV。例如，所述高电场的电势为40kV，所述低电场的电势为12kV；或，所述高电场的电势为30kV，所述低电场的电势为10kV；或，所述高电场的电势为20kV，所述低电场的电势为7kV；或，所述高电场的电势为15kV，所述低电场的电势为5kV。其中，较优的是，所述高电场的电势为20kV，所述低电场的电势为7kV，在该高电场的电势及低电场的电势下，极化过程的稳定性好，所得极化膜的性能好。当然，还可以是所述高电场的电势及所述低电场的电势均为可调节的，在极化过程中可以随时进行调节能达到更好的控制效果。
在实际生产中，本发明的极化方法是将所述高分子薄膜原位形成于一基底表面再进行极化，从而得到带有所述极化膜的基底。此点为区别于现有技术的一大不同，现有技术的高分子薄膜极化通常是通过采购现有的高分子薄膜成品，然后在通过粘附在基底上来进行极化。通常，这种成品的高分子薄膜需要先被拉升具有一定应力然后再通过粘合在基底上再进行极化，此种方法形成的高分子薄膜厚度均在30μm以上，不适应现有电子器件轻薄的发展趋势，而且采用这种极化膜的压电感测装置，由于压电感测膜太厚，因此分辨率较低。而本发明所提供的高分子薄膜极化方法，所述高分子薄膜为原位形成在一基底上的薄膜，比如通过化学气相沉积，物理气相沉积，涂覆等习知方式想成在基底表面，因此可以形成厚度很薄的高分子薄膜，基本厚度可以维持在9μm以下。因此，采用这种原位形成的极化膜的压电感测装置，分辨率大大提高。
优选地，所述高分子薄膜极化方法进一步包括通过监测所述高分子薄膜103内由于膜内电场而产生的薄膜电流I来确定极化终点。可以理解，即设置一电流传感器与所述高分子薄膜103相连，即可测得所述薄膜电流。相较于现有的技术方案中，对于每一次极化均经过相同的极化时长，在制备或生产中仅通过计时的方式确定极化终点，这样导致每次极化后获得的极化膜性能高低不一，这里所述的性能主要指的是前面所述的压电效应和使用寿命；而在本发明所提供的高分子薄膜极化方法通过监测薄膜电流的变化来确定极化终点，能更好的保证得到压电效应强且使用寿命长的极化膜，且每次极化后获得的极化膜性能一致性好。
具体的，测得的薄膜电流I的曲线如图3所示，在图3中以极化时间t为横坐标，薄膜电流I为纵坐标。如图中所示，在极化过程中，随着极化时间的增加，膜内电场也在增加，薄膜电流I整体呈逐步增加的趋势，并且在极化过程中出现振荡。因此在监测过程中，获得薄膜电流I与极化时间t之间的斜率，当斜率出现负数时即进入振荡的区域，然后当斜率保持为正数且变化不大时，即可确定为极化终点，也就是图3中Y点所指示的位置。具体的，可以是当连续获取的斜率之间的变化量小于1-5％时，确认为极化终点，从而终止极化。
进一步的是，所述高分子薄膜为铁电聚合物薄膜，如聚偏二氟乙烯PVDF；聚偏二氟乙烯三氟乙烯PVDF-TrFE，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，聚四氟乙烯TEFLON等。所述薄膜电流在极化过程中表现出巴克豪森噪声的振荡行为特性，也就是在图3中出现振荡曲线的部分，图3中所标出的Δt1的时间区段即为受到巴克豪森噪声影响所体现振荡行为特性的区段。因此通过确定巴克豪森噪声对薄膜电流的影响，能更为准确的确定极化终点。具体的，在图3中在振荡曲线的部分有一极值点X，该点对应的是巴克豪森噪声信号最强的时候，当监测到该点时，可以对极化终点进行预测，从而确定极化终点。
在此对于巴克豪森噪声的产生以及对所述薄膜电流的影响做进一步解释。在未极化的铁电聚合物薄膜中，存在者α相，β相以及非晶结构。极化过程主要是铁电聚合物薄膜中α相到β相转变的过程。具体的，在微观结构上体现的是电畴极性方向的变化。图4中(A)为铁电聚合物薄膜极化前的微观结构示意图，所述铁电聚合物薄膜的围观结构中包括多个电畴(未标号)和非晶结构604，电畴之间的过渡层即为畴壁602，在多个电畴中的极性方向为随机的，即如箭头601、603、606所示。而在极化后，图4中(B)为铁电聚合物薄膜极化后的微观结构示意图，各个电畴的极性方向发生改变，极性方向如箭头605、606、608所示，因此整体上来说极性方向形成了统一，即如虚线箭头6010所示。在极化过程中电畴的极性方向发生改变，从而体现在铁电聚合物薄膜中从α相到β相的转变，并且畴壁602、607会发生移动从而产生巴克豪森噪声，也就会影响所述薄膜电流。
所述铁电聚合物薄膜极化后所得的极化膜内既有α相也有β相，β相的含量与极化膜的压电效应相对应，当β相所占含量为60-70％时，极化膜即具有较好的压电效应，β相的含量越高极化膜的压电效应越好。然而过度极化会产生多余的不必要的电荷等，这些多余电荷容易与聚合物表面上的其他电荷重新结合，从而影响所得极化膜的性能。因此本发明所提供的高分子薄膜极化方法，能避免极化不完全或者过度极化的情况，可以很好的确定极化终点；并且能得到所需的极化膜，这里指的所需的极化膜指的是具有特定的α相和β相含量，即具有特定大小的压电效应的极化膜。对于应用于压电效应的极化膜，则需要尽可能多的把铁电聚合物薄膜内的α相基本都转化为β相。
请一并参阅图5，对于巴克豪森噪声对极化过程的影响进行进一步说明。图5中(A)为极化过程下的铁电聚合物薄膜的电滞回线(极性-膜内电场)的示意图，其中以膜内电场Ein-film为横坐标，以极性P为纵坐标，曲线71即为起始极化曲线；图5中(B)为极化过程下的巴克豪森噪声信号与膜内电场之间的关系示意图，其中巴克豪森噪声信号表现可以是电流信号，也可以是电势信号，本实施例中采用的是表现为电流信号的巴克豪森噪声信号；图5中(C)为极化过程下的极化微晶密度与膜内电场之间的关系示意图；图5中(D)为极化过程下的薄膜电流与膜内电场之间的关系示意图。在图5中横坐标均为膜内电场Ein-film，且相对应。
对比图5中(A)、(B)，可明确得知当铁电薄膜内畴壁发生移动时，也就是α相开始转变为β相时，也即巴克豪森噪声开始出现时，所述起始极化曲线出现振荡；同时可一起对比图5中(D)，同样的当巴克豪森噪声开始出现时，所述薄膜电流曲线才出现振荡区域72。随着极化过程的进行，畴壁移动接近完成时，此时巴克豪森噪声达到极值，即出现图5中(B)所示的尖峰时，是与图3中X所在的点相对应。因此，在极化过程中当确定巴克豪森噪声出现尖峰时，可以对极化终点进行预测，通过预测能避免较早或较迟就停止极化，保证所得极化膜的高性能。在图5中Eop即为最佳的极化终点，并且进一步将图5中(C)加入对比，随着膜内电场Ein-film的增加，所述高分子薄膜的极化微晶密度也在逐步增加，该极化微晶密度可以反映所得极化膜的性能。也即在最佳极化终点时，微晶密度基本恒定，也即铁电聚合物薄膜的极化基本完成，畴壁移动也基本完成，此时极化膜特性最好，也即压电效应和使用寿命最佳。
实施例二
本发明还提供一种极化膜，采用实施例一中所提供的高分子薄膜极化方法制备得到。如实施例一中所述，本发明所提供的极化膜具有较强的压电效应和较长的使用寿命。并且因为所述极化膜为高分子薄膜，如铁电聚合物薄膜，在基底表面原位形成后极化而成，故极化膜厚度小于9μm，降低包含此种极化膜器件的整体厚度，更能满足市场的需求。
实施例三
本发明还提供一种电子器件，其包括基底以及原位形成于所述基底上的极化膜。由于所述极化膜具有较强的压电效应，有效拓宽该电子器件的应用并增强其竞争力。具有压电效应的电子器件广泛应用于传感器领域，并且会应用到手机、平板电脑等通讯设备中。由于该极化膜的厚度小于9μm，更为适应现在通讯设备轻薄化的趋势。
实施例四
如图5所示，本发明还提供一种高分子薄膜极化装置20，用于极化高分子薄膜203，所述高分子薄膜极化装置20包括X射线发生器22、电场组件23和物品承载台24；所述X射线发生器用于提供X射线，所述物品承载台24接地用于承载待极化高分子薄膜203并使该待极化高分子薄膜203电势为零。该电场组件包括一高压电场端234和一低压电极端235。所述高压电场端234位于物品承载台24上方，所述低压电极端235位于高压电场端234跟待物品承载台24之间。该高压电场端234电势比低压电极端235电势高。该物品承载台24上方的环境气体被X射线电离并在该电场组件23形成的电场下移动并沉积在所述待极化高分子薄膜203表面，使所述待极化高分子薄膜203内形成沿所述薄膜厚度方向的膜内电场，从而完成所述高分子薄膜203的极化。
本发明所提供的高分子薄膜极化装置20，采用X射线发生器22提供X射线，物品承载台24上方的环境气体被X射线电离并在该电场组件23形成的电场下移动并沉积在所述待极化高分子薄膜203表面，使所述待极化高分子薄膜203内形成沿所述薄膜厚度方向的膜内电场，从而完成所述高分子薄膜的极化。相较于直接在高分子薄膜203的上下表面设置电极，不会使高分子薄膜203直接承受所施加的高压电场，因此能避免高分子薄膜203被击穿，有效提高极化膜的生产合格率，可以实现大规模生产；且制得的极化膜具有较强的压电效应和较长的使用寿命。此外，在本发明所提供的一种高分子薄膜极化装置20中采用X射线不会造成环境污染。
所述高分子薄膜极化装置20还包括一壳体21，为所述高分子薄膜203极化提供一封闭空间。该壳体21并不作为本发明的限制，该壳体21可以是盒、箱、桶甚至是一房间均可。
由于利用该高分子薄膜极化装置20可以实现原位极化，因此可以在物品承载台24上设置一器件的基底204，所述高分子薄膜203形成于所述基底204表面，即可使得于所述基底204表面的所述高分子薄膜203原位极化。所述设置高分子薄膜203于基底204表面包括但不限于一般常见的镀膜方式形成，如化学气相沉积法，物理气相沉积法，浸涂，涂覆等等。本发明的高分子薄膜因为是原位形成在基底表面，因此可以形成厚度很薄的高分子薄膜，基本厚度可以维持在9μm以下。
所述高压电场端234的电势可以由一电势源231提供，优选地，所述高压电场端234包括阵列状针状电极或线状电极或平板电极或栅格电极，能保证得到所述的高电场。并且所述高压电场端234与所述低压电极端235之间的距离大于所述低压电极端235与物品承载台24之间的距离。
优选的，所述低压电极端235为栅格电极端或具有贯穿部的平板电极端。所述低压电极端235可以确定低压电极端235所在平面的电势，并均匀低压电极端235所在处的电场。所述平板电极端上开设有贯穿部以让带电离子通过即可，比如多根互相平行金属线且间隔一定距离而形成的平板电极，多根金属线之间的间隔即形成所述平板状电极的贯穿部。优选的是，所述低压电极端235为栅格电极端，该栅格电极端为网格状电极，其中优选的是，网格状电极上每个网格的面积为1-100mm2，也就是说当所述网格为正方形时，所述网格的边长为1-10mm。
优选地，该低压电极端235与物品承载台24之间的距离为1-10mm，通过确定低压电极端235与物品承载台24之间的距离，能更好的控制高分子薄膜203内所形成的膜内电场，使得膜内电场处在一个较高且稳定的状态。当然，进一步的是，所述高压电场端234与所述低压电极端235之间的距离大于所述低压电极端235与物品承载台24之间的距离。其中优选的是，所述高压电场端234与所述物品承载台24之间的距离为10-500mm，最优的是，所述高压电场端234与所述物品承载台24之间的距离为300mm。
更好的是，所述高分子薄膜极化装置20还包括用于控制高压电场端234电势的第一电势控制器2311，可以理解所述第一电势控制器2311与电势源231相连，通过控制电势源231的电势即可控制高压电场端234的电势，因而通过第一电势控制器2311可以随时调整高压电场端234的电势，可以在极化过程中随时进行调整，或者是适应不同种类的高分子薄膜203。
优选的，高分子薄膜极化装置20还包括用于控制低压电极端235电势的第二电势控制器2351，可以随时调整低压电极端235的电势，可以在极化过程中随时进行调整，或者是适应不同种类的高分子薄膜203。第一电势控制器2311和第二电势控制器2351协同调控，以控制高压电场端234即电势源231与低压电极端235之间的电势差。
优选地，所述高压电场端234的电势为10-50kV，和低压电场端235的电势为5-40kV。通过确定高压电场端234的电势以及低压电场端235的电势，能保证极化过程的稳定性。在这里需要说明的是，当然仍然需要保证高压电场端234的电势高于低压电场端235的电势，并且优选的是，高压电场端234的电势比低压电场端235的电势高5-30kV。例如，所述高压电场端234的电势为40kV，所述低压电场端235的电势为12kV；或，所述高压电场端234的电势为30kV，所述低压电场端235的电势为10kV；或，所述高压电场端234的电势为20kV，所述低压电场端235的电势为7kV；或，所述高压电场端234的电势为15kV，所述低压电场端235的电势为5kV。其中，较优的是，所述高压电场端234的电势为20kV，所述低压电场端235的电势为7kV，在该高压电场端234的电势及低压电场端235的电势下，极化过程的稳定性好，所得极化膜的性能好。
优选地，所述高分子薄膜极化装置20进一步包括用于测量所述高分子薄膜203的薄膜电流的电流感测器2031，通过监测所述高分子薄膜203的薄膜电流可以确定极化终点。具体的，可以是通过实时获得的薄膜电流的变化，比如斜率变化来进行判断从而终止极化。更优选的是，高分子薄膜极化装置20进一步包括控制处理器(图未示)，用于接收前述电流感测器2031所监测的薄膜电流数据。可以理解，所述控制处理器跟电流感测器2031可以直接通过数据线进行连接，实现数据的传输；也可以采用无线传输的方式，如蓝牙或WIFI等，实现数据的传输。利用控制处理器可以分析薄膜电流的变化曲线，如利用薄膜电流的斜率变化来准确的确定极化终点。其原理在实施例一中已做详细说明，在此不再赘述。
与现有技术相比，本发明所提供的一种高分子薄膜极化方法，利用X射线电离待极化高分子薄膜上方的环境气体并在所述高电场作用下，穿过所述低电场而沉积在所述高分子薄膜表面，使所述高分子薄膜内形成沿所述薄膜厚度方向的膜内电场，从而完成所述高分子薄膜的极化。相较于直接在高分子薄膜的上下表面设置电极，不会使高分子薄膜直接承受所施加的高压电场，因此能避免高分子薄膜被击穿，有效提高极化膜的生产合格率，可以实现大规模生产；且制得的极化膜具有较强的压电效应和较长的使用寿命。此外，在本发明所提供的一种高分子薄膜极化方法中采用X射线不会对大气臭氧层产生破坏，因而不会造成环境污染。
进一步的是，所述高分子薄膜极化方法进一步包括通过监测所述高分子薄膜的薄膜电流确定极化终点。能更好的保证得到压电效应强且使用寿命长的极化膜，且每次极化后获得的极化膜性能一致性好。
进一步的是，所述高分子薄膜为铁电聚合物薄膜，所述薄膜电流在极化过程中表现出巴克豪森噪声的振荡行为特性，通过监测巴克豪森噪声对薄膜电流的影响，从而确定极化终点。通过确定巴克豪森噪声对薄膜电流的影响，能更为准确的确定极化终点。
进一步的是，所述高电场的电势为10-50kV，所述低电场的电势为5-40kV。通过确定高电场的电势以及低电场的电势，能保证极化过程的稳定性。
进一步的是，所述高分子薄膜为原位形成在一基底上的薄膜，薄膜厚度小于9μm。由于薄膜厚度小，使得所得极化膜具有广阔的应用前景。
本发明还提供一种高分子薄膜极化装置，采用X射线发生器提供X射线，物品承载台上方的环境气体被X射线电离并在该电场组件形成的电场下移动并沉积在所述待极化高分子薄膜表面，使所述待极化高分子薄膜内形成沿所述薄膜厚度方向的膜内电场，从而完成所述高分子薄膜的极化。相较于直接在高分子薄膜的上下表面设置电极，不会使高分子薄膜直接承受所施加的高压电场，因此能避免高分子薄膜被击穿，有效提高极化膜的生产合格率，可以实现大规模生产；且制得的极化膜具有较强的压电效应和较长的使用寿命。此外，在本发明所提供的一种高分子薄膜极化装置中采用X射线不会造成环境污染。
进一步的是，所述高压电场端包括阵列状针状电极或线状电极具有贯穿部的平板电极端，所述高压电场端与低压电极端之间的距离大于所述低压电极端与物品承载台之间的距离。能保证得到所述的高电场。
进一步的是，所述低压电极端为栅格电极端或平板电极端，该低压电极端与物品承载台之间的距离为1-10mm。能更好的控制高分子薄膜内所形成的膜内电场，使得膜内电场处在一个较高且稳定的状态。
进一步的是，所述高分子薄膜极化装置进一步包括用于测量所述高分子薄膜的薄膜电流的电流感测器。通过监测所述高分子薄膜的薄膜电流可以确定极化终点。
进一步的是，所述高分子薄膜极化装置进一步包括控制处理器，用于接收电流感测器的薄膜电流数据，并根据所述薄膜电流的变化确定极化终点。利用控制处理器可以分析薄膜电流的变化曲线，更为准确的确定极化终点。
本发明还提供一种极化膜，采用上述高分子薄膜极化方法制备得到，该极化膜具有较强的压电效应和较长的使用寿命。
进一步的是，所述极化膜为铁电聚合物薄膜，薄膜厚度小于9μm，更能满足市场的需求。
本发明还提供一种电子器件，其包括基底以及原位形成于所述基底上的极化膜。由于所述极化膜具有较强的压电效应，有效拓宽该电子器件的应用并增强其竞争力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种高分子薄膜极化方法，其特征在于：包括：提供待极化高分子薄膜并使该薄膜电势为零，在所述待极化高分子薄膜上方提供高电场以及一个低电场，所述高电场电势高于所述低电场的电势，采用X射线电离待极化高分子薄膜上方的环境气体并在所述高电场作用下，穿过所述低电场而沉积在所述高分子薄膜表面，使所述高分子薄膜内形成沿所述薄膜厚度方向的膜内电场，通过监测所述膜内电场产生的薄膜电流的变化率来确定极化终点，从而完成所述高分子薄膜的极化。
2.如权利要求1中所述高分子薄膜极化方法，其特征在于：所述通过监测所述膜内电场产生的薄膜电流的变化率来确定极化终点包括：
设置一电流传感器与所述高分子薄膜相连，以测得所述薄膜电流；
以极化时间t为横坐标，薄膜电流I为纵坐标绘制薄膜电流变化曲线图；
获取薄膜电流I与极化时间t之间的斜率；
当斜率保持为正数且连续获取的斜率之间的变化量小于预定值时，确定为极化终点。
3.如权利要求2中所述高分子薄膜极化方法，其特征在于：所述高分子薄膜为铁电聚合物薄膜，所述薄膜电流在极化过程中表现出巴克豪森噪声的振荡行为特性，通过监测巴克豪森噪声对薄膜电流的影响，对极化终点进行预测。
4.如权利要求1中所述高分子薄膜极化方法，其特征在于：所述高电场的电势为10-50kV，所述低电场的电势为5-40kV。
5.如权利要求1-4任一项所述高分子薄膜极化方法，其特征在于：所述高分子薄膜为原位形成在一基底上的薄膜，薄膜厚度小于9μm。
6.一种高分子薄膜极化装置，用于极化高分子薄膜，其特征在于：所述高分子薄膜极化装置包括X射线发生器、电场组件、控制处理器和物品承载台；
所述X射线发生器用于提供X射线，所述物品承载台接地用于承载待极化高分子薄膜并使该待极化高分子薄膜电势为零；该电场组件包括一高压电场端和一低压电极端，所述高压电场端位于物品承载台上方，所述低压电极端位于高压电场端跟物品承载台之间；该高压电场端电势比低压电极端电势高；
该物品承载台上方的环境气体可被X射线电离并在该电场组件形成的电场下移动并沉积在所述待极化高分子薄膜表面，使所述待极化高分子薄膜内形成沿所述薄膜厚度方向的膜内电场；
控制处理器用于接收膜内电场产生的薄膜电流数据，并根据薄膜电流的变化率确定极化终点，从而完成所述高分子薄膜的极化。
7.如权利要求6中所述高分子薄膜极化装置，其特征在于：所述高压电场端包括阵列状针状电极或线状电极或平板电极或栅格电极，所述高压电场端与低压电极端之间的距离大于所述低压电极端与物品承载台之间的距离。
8.如权利要求7中所述高分子薄膜极化装置，其特征在于：所述低压电极端为栅格电极端或具有让带电离子通过的贯穿部的平板电极端，该低压电极端与物品承载台距离为1-10mm，所述平板电极由相互平行且间隔一定距离的多根金属线形成，所述多根金属线之间的间隔形成所述贯穿部。
9.如权利要求6-8任一项所述高分子薄膜极化装置，其特征在于：进一步包括用于测量所述高分子薄膜的薄膜电流的电流感测器。
10.一种极化膜，其特征在于：采用如权利要求1中所述高分子薄膜极化方法制备得到。
11.如权利要求10中所述极化膜，其特征在于：所述极化膜为铁电聚合物薄膜，薄膜厚度小于9μm。
12.一种电子器件，其特征在于：包括基底以及原位形成于所述基底上的极化膜，所述极化膜采用如权利要求1中所述高分子薄膜极化方法制备得到。
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