CN107342358A - 一种有机铁电薄膜极化装置 - Google Patents

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陈金华
李方圆
李航
太惠玲
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Abstract

本发明公开了一种有机铁电薄膜极化装置，涉及热极化装置技术领域，包括直流电源、烧杯和设置在烧杯内的极化组件，直流电源与极化组件连接成回路，所述的烧杯内设置有用于防止产生边缘电火花的绝缘液体硅油，绝缘液体硅油的深度大于极化组件的高度，所述的极化组件包括左右两根绝缘体直杆、固定在两根绝缘体直杆之间的多个正电极和多个负电极，正电极和负电极从上而下交错层叠布置，相邻的正电极和负电极之间夹持有有机铁电薄膜，本发明可在一次极化周期内极化多张铁电薄膜，显著提高了极化效率、缩短了极化实验的周期，极化结果可以相互之间互相比照，提高了实验的可靠性，其极化面积仅仅取决于电极面积，因此很适合大面积极化。

Description

一种有机铁电薄膜极化装置
技术领域
本发明涉及热极化装置技术领域，更具体的是涉及一种有机铁电薄膜极化装置。
背景技术
极化是铁电薄膜带有铁电性的重要一步，没有经过极化的薄膜基本没有铁电性。极化的方法有很多种，常用的有热极化和电晕极化两种。其中热极化方法简单、操作容易、极化较为彻底，极化后的材料后期稳定性好。热极化是在高温下对电介质施加高电场，使得电介质分子偶极子与电场方向一致。并在维持电场的情况下冷却到一定温度以下，最后撤去电场，冻结偶极子取向。
公开号为CN1556549A的发明专利“一种有机压电薄膜极化方法”中，采用电极与有机铁电薄膜中间隔有0-3连接的复合压电材料的方法，保证有机铁电薄膜不被击穿。此种方法成本高、且存在原理性的错误，掺杂后0-3连接的复合压电材料的介电强度与纯的、未掺杂的基体材料相比，其介电强度是大大下降；且其极化面积局限于0-3连接的复合压电材料的面积，在大面积极化的成本上是不占优势的；此外，其极化电压只能用加载在电极两边的总电压标定，对于重要的极化参数极化电场强度没有给出，只能纵向比较，无法横向比较。
如图3所示，目前的热极化装置一次只能极化一张薄膜，而极化一张薄膜的时间包括从常温升到极化温度的时间、极化时间、带电场冷却时间，其时长往往长达1个半到2个小时，若要极化多张薄膜而一次极化实验只极化一张薄膜的话，那么极化实验耗时极长，效率极低。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决现有极化装置极化时间长、成本高及极化效率低的技术问题，本发明提供一种有机铁电薄膜极化装置。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种有机铁电薄膜极化装置，包括直流电源、烧杯和设置在烧杯内的极化组件，直流电源与极化组件连接成回路，所述的烧杯内设置有用于防止产生边缘电火花的绝缘液体硅油，绝缘液体硅油的深度大于极化组件的高度，所述的极化组件包括左右两根绝缘体直杆、固定在两根绝缘体直杆之间的多个正电极和多个负电极，正电极和负电极从上而下交错层叠布置，相邻的正电极和负电极之间夹持有有机铁电薄膜。
本方案中，直流电源用于提供热极化所需的高电场，烧杯是装载整个极化装置的器皿并隔绝外界扰动，正电极和负电极用以极化铁电薄膜，若有层叠的正电极和负电极的总数量为n，那么能同时极化的铁电薄膜数量为n-1。
有机铁电薄膜为待极化的薄膜，极化后带有铁电性，左右两根绝缘体直杆用以固定上下正负电极相对位置，保证正负电极位置基本在一条直线上，防止正负电极错位带来的有效极化面积的减小。
进一步地，正电极和负电极上均设置有用以保证各自电极和电源线之间良好电接触的螺丝。
进一步地，正电极和负电极左右两侧均设置有凸出安装部，每个凸出安装部上均设置有与对应绝缘体直杆配合的直径为5mm的圆孔。
进一步地，正电极和负电极的厚度相等，凸出安装部的厚度比正电极或负电极厚度至少薄3mm。
进一步地，凸出安装部的厚度比正电极或负电极厚度薄5mm。
进一步地，正电极、负电极和有机铁电薄膜均为方形块，所述有机铁电薄膜长宽的尺寸大于正电极长宽尺寸，所述有机铁电薄膜长宽的尺寸大于负电极长宽尺寸。
进一步地，正电极和负电极的长宽尺寸均为20mm*20mm，有机铁电薄膜的长宽尺寸为23mm*23mm。
本发明的极化温度一般小于120℃，最好是低于100℃。施加的电场强度小于100MV/m，极化时间一般为30-60min，适用于单向或双向拉伸的PVDF、P(VDF-HFP)、P(VDF-TrFE)薄膜，特别适用于薄膜厚度小于200μm的有机铁电薄膜。
本发明的有益效果如下：
1、本发明结构简单、高效，采用交叉、层叠正负电极的方法，可在一次极化周期内极化多张铁电薄膜，显著提高了极化效率、可使需要数十个小时的工作量的时间仅仅需要三到四个小时即可完成，极大缩短了极化实验的周期。
2、多张薄膜在同一极化条件下进行，极化结果可以相互之间互相比照，提高了实验的可靠性。
3、正电极、负电极和有机铁电薄膜均为方形块，所述有机铁电薄膜长宽的尺寸大于正电极长宽尺寸，所述有机铁电薄膜长宽的尺寸大于负电极长宽尺寸，在薄膜质量较好的前提下，，其极化面积仅仅取决于电极面积，相对来说适合大面积极化。
4、电极上螺丝的作用在于用以形成金属电极与电源可靠的电接触，防止断路的情况发生。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是正电极或负电极的结构示意图；
图3是常规热极化装置的结构示意图；
附图标记：1-直流电源，2-烧杯，3-绝缘液体硅油，4-负电极，5-正电极，6-有机铁电薄膜，7-绝缘体直杆，8-电极螺丝。
具体实施方式
为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1到2所示，本实施例提供一种有机铁电薄膜极化装置，包括直流电源1、烧杯2和设置在烧杯2内的极化组件，直流电源1与极化组件连接成回路，所述的烧杯2内设置有用于防止产生边缘电火花的绝缘液体硅油3，绝缘液体硅油3的深度大于极化组件的高度，所述的极化组件包括左右两根绝缘体直杆7、固定在两根绝缘体直杆7之间的多个正电极5和多个负电极4，正电极5和负电极4从上而下交错层叠布置，相邻的正电极5和负电极4之间夹持有有机铁电薄膜6。
本实施例中，直流电源用于提供热极化所需的高电场，烧杯是装载整个极化装置的器皿并隔绝外界扰动，正电极和负电极用以极化铁电薄膜，若有交错层叠的正电极和负电极的总数量为n，那么能同时极化的铁电薄膜数量为n-1，采用交叉、层叠正负电极的方法，可在一次极化周期内极化多张铁电薄膜，显著提高了极化效率、可使需要数十个小时的工作量的时间仅仅需要一到两个小时即可完成，极大缩短了极化实验的周期。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是：
正电极5和负电极4上均设置有用以保证各自电极和电源线之间良好、可靠电接触的螺丝8。
正电极5和负电极4左右两侧均设置有凸出安装部，每个凸出安装部上均设置有与对应绝缘体直杆7配合的直径为5mm的圆孔。
正电极5和负电极4的厚度相等，凸出安装部的厚度比正电极5或负电极4厚度薄5mm。
本实施例中，凸出安装部和凸出安装部上的圆孔设置有利于电极的安装。
实施例3
本实施例是在实施例1或2的基础上做了进一步优化，具体是：
正电极5、负电极4和有机铁电薄膜6均为方形块，正电极5和负电极4的长宽尺寸均为20mm*20mm，有机铁电薄膜6的长宽尺寸为23mm*23mm。
实施例4
本实施例是在以上任一实施例的基础上做了进一步优化，具体是：正电极5和负电极4的电极板分别为2块，那么有机铁电薄膜6的数量为3张。
改进后的极化装置一次性可以对3张有机铁电薄膜进行极化实验，采用常规极化装置一次性只能对1张有机铁电薄膜进行极化实验；
对比测试：改进后的极化装置和常规极化装置分别6张厚度为35μm有机铁电薄膜进行极化。
极化条件为：极化电场强度60MV/m，极化时间30min，极化温度90℃，带电场空冷。测量两个装置极化实验耗费的时间，测试结果如表1所示：
表1
从表1可以看出，改进后的极化装置大大节约了极化时间，提高了极化效率，节约了极化时间。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种有机铁电薄膜极化装置，包括直流电源(1)、烧杯(2)和设置在烧杯(2)内的极化组件，直流电源(1)与极化组件连接成回路，其特征在于，所述的烧杯(2)内设置有用于防止产生边缘电火花的绝缘液体硅油(3)，绝缘液体硅油(3)的深度大于极化组件的高度，所述的极化组件包括左右两根绝缘体直杆(7)、固定在两根绝缘体直杆(7)之间的多个正电极(5)和多个负电极(4)，正电极(5)和负电极(4)从上而下交错层叠布置，相邻的正电极(5)和负电极(4)之间夹持有有机铁电薄膜(6)。
2.根据权利要求1所述的有机铁电薄膜极化装置，其特征在于，正电极(5)和负电极(4)上均设置有用以保证各金属电极和电源线之间良好、牢靠电接触的螺丝(8)。
3.根据权利要求1或2所述的有机铁电薄膜极化装置，其特征在于，正电极(5)和负电极(4)左右两侧均设置有凸出安装部，每个凸出安装部上均设置有与对应绝缘体直杆(7)配合的直径为5mm的圆孔。
4.根据权利要求3所述的有机铁电薄膜极化装置，其特征在于，正电极(5)和负电极(4)的厚度相等，凸出安装部的厚度比正电极(5)或负电极(4)厚度至少薄3mm。
5.根据权利要求4所述的有机铁电薄膜极化装置，其特征在于，凸出安装部的厚度比正电极(5)或负电极(4)厚度薄5mm。
6.根据权利要求1所述的有机铁电薄膜极化装置，其特征在于，正电极(5)、负电极(4)和有机铁电薄膜(6)均为方形块，所述有机铁电薄膜(6)长宽的尺寸大于正电极(5)长宽尺寸，所述有机铁电薄膜(6)长宽的尺寸大于负电极(4)长宽尺寸。
7.根据权利要求6所述的有机铁电薄膜极化装置，其特征在于，正电极(5)和负电极(4)的长宽尺寸均为20mm*20mm，有机铁电薄膜(6)的长宽尺寸为23mm*23mm。
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