DE2134571A1 - Elektret - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
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Description
EIKENBERG 8t BRÜMMERSTEDT
PATENTANWÄLTE IN HANNOVER 2134571
Tokyo Shibaura Electric Co.Ltd. 235/39
Elektret
Die Erfindung betrifft einen Elektreten, der aus einem «
geformten und in einem GIeichspannungsfeld polarisierten "
hoch-isolierenden Material besteht.
Isolierende Materialien, die ständig eine elektrische Polarisation aufweisen, werden in Analogie zu Magneten
(welche ständige eine magnetische Polarisation besitzen)
T09883/1307
als "Elektrete" "bezeichnet. An solchen isolierenden Materialien
mit elektretischen Eigenschaften sind schon seit langer
Zeit Carnaubawachs, Bienenwachs, Colophonium und Mischungen daraus bekannt. Auch reine höhere Alkohole und Ester besitzen
diese Eigenschaften. Weiterhin wurde in neuerer Zeit gefunden, daß ebenfalls hochpolymere Stoffe , wie z.B.
Polyamide, Polycarbonate, Polymethacrylharze, Polypropylen
und Polyvinylchlorid elektretische Eigenschaften zeigen.
Man hat kürzlich begonnen, Elektrete , insbesondere
solche aus hochpolymeren Materialien, in akustischen Geräten, z.B. in Mikrophonen zu verwenden. Die Verwendung von Elektreten
in anderen Gebieten der Technik ist in Zukunft zu erwarten.
Damit sind die Elektrete aus dem Bereioh nur wissenschaftlicher
Erörterungen in den Bereich praktischer Anwendung eingetreten.
Für die praktische Anwendung der Elektrete , insbesondere unter 'Berücksichtigung der derzeit gegebenen
Anwendungsmöglichkeiten , ergibt sich das Problem der unumgänglich notwendigen Eigenschaften des Materials, d.h. derjenigen
Eigenschaften, die das Material für eine ausreichende technische Brauchbarkeit mindestens haben muß.
In dieser Hinsicht sind die bisher bekannten Materialien noch nicht befriedigend, insbesondere ist die über den Polen
des Materials stehende elektrische Spannung nicht hoch und auch nicht alterungsbeständig genug. Die Höhe der elektretischen
Spannung steht nämlich in direkter Beziehung zur
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Leistungsfähigkeit und auch zum einfachen Aufbau der mit
dem Elektreten ausgerüsteten Geräte, und die Alterungsbeständigkeit
des elektretischen Materials wirkt sich
natürlich auf die Lebensdauer dieser Geräte aus. Mithin kann eine Verbesserung der Eigenschaften der elektretischen
Materialien in Hinsicht auf eine Erhöhung der elektretisohen I
Spannung und eine Verlängerung der Lebensdauer den Bereich der technischen Anwendung dieser Materialien erheblich
verbreitern.
Es sind bereits Versuche zur Erzielung besserer elektretischer Eigenschaften gemacht worden. Diese Versuche
zielten in Richtung auf eine Vergrößerung des Oberfläohengebietes
oder eine Verminderung der Dicke des (geformten) elektretischen Materials. Dadurch ergibt sich jedoch der
Nachteil, daß entweder die mit dem Material hergestellten Geräte unzumutbar groß werden,oder daß in dem elektretischen
Material kleine "Nadellöcher" auftreten, /die wiederum die ä
Punktionsfähigkeit des Materials vermindern.
Mit der Erfindung soll nunmehr ein Elektret mit verbesserten Eigenschaften angegeben werden, der sowohl
hinsichtlich der elektretischen Spannung als auch hinsichtlich der Lebensdauer allen bisher bekannten Elektreten
überlegen ist und der deshalb eine Verkleinerung auf reduziertes
Gewicht zuläßt, so daß er auch in weiten Bereichen der Elektronik eingesetzt werden kann.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mindestens eine Oberfläche des (geformten und in einem
Gleichspannungsfeld polarisierten hoch-isolierenden) Materials mit einer Schicht einer metallischen Legierung
"bedeckt ist, die mindestens ein Element der Gruppe Pe, Co
und Ni enthält und aus mindestens zwei Elementen der Gruppe Fe, Co, Ni, Mn, Si, Cu, S, V, Mo, C, Al und Zn besteht.
Es wurde gefunden, daß ein in die Form eines Films, einer Schicht, einer Membran, eines Bandes, eines Stabes
oder dergleichen geformtes hoch-isolierendes Material bei Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahme, d.h. nach Beschichtung
mit einer Schicht der angegebenen metallischen Legierung , nach Polarisiation in einem Gleichspannungsfeld
eine spürbar verbesserte elektretische Spannung und eine
wesentlich erhöhte Lebensdauer bekommt, ohne daß die physikalischen Eigenschaften des Materials verlorengehen.
Dies wird nachfolgend noch anhand einiger Beispiele näher erläutert.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Elektreten
wird zunächst das hoch-isolierende Material in die Form einer Schicht, eines Bandes, einer Membran, eines Films,
eines Stabes oder dergleichen gebracht. Diese Form wird nachfolgend auch als "Substrat" bezeichnet. Auf eine oder
beide Oberflächen des Substrates wird anschließend eine metallische Schicht aufgebracht, die aus einer der im Rahmen
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der Erfindung liegenden legierungen besteht. Das Aufbringen dieser Schicht kann durch Aufdampfung erfolgen, aber auch
auf andere Weise vorgenommen werden, beispielsweise durch chemisches Plattieren. Eine befriedigende Stärke dieser
aufgebrachten Schicht oder Schichten liegt im allgemeinen ^ zwischen 2 und 100 /um. Danach wird zweckmäßig ein Sandwich f
aus einer Anzahl der beschichteten·Substrate hergestellt
und dieser Sandwich zwischen die beiden metallischen Elektrodenplatten eines Kondensators eingebracht. Anschließend wird
über diese Elektrodenplatten eine hohe positive oder negative Gleichspannung auf den Sandwich aufgedrückt, und zwar je
nach Lage des Falles in Luftatmosphäre oder einer anderen Gasatmosphäre . Unter Beibehaltung des Gleichspannungsfeldes
wird der Sandwich dann erhitzt und wieder abgekühlt. Auf diese Weise wird in das Substrat eine gute elektretische
Spannung einpolarisiert, d.h. ein guter Elektret erhalten. Die Größe des polarisierenden Spannungefeldes, die Zeitdauer
der Anlegung dieser Spannung und die Geschwindigkeit der f
Kühlung des Materials aus der erhitzten Atmosphäre können je nach der Art des zugrundeliegenden isolierenden Materials
unterschiedlich eingestellt-und so angepaßt werden, daß
sich optimale Eigenschaften ergeben.
Als hoch-isolierendes Ausgangsmaterial lassen sich für den erfindungsgemäßen Elektreten praktisch alle Materialien
mit elektretisohen Eigenschaften verwenden. Damit umfaßt
die Liste an geeigneten hoch-isolierenden Materialien hooh-
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polymere Verbindungen wie Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid,
Polyester, Vlnylchlorid-Vinylacetat-Copolymere,
Polystyrol, Polyäthylen, Polypropylen, fluorierte Harze, Acrylharze, Methacrylharze, Acetalharze, Polyvinylidenfluorid,
Polyimide, Polyäthylenterephthalat, Polycarbonate, chlorierte
Polyäther, Polyvinylcarbazole, Nitrozellulose, Acetylzellulose,
Zellulose, Polyamide, Allylharze, Epoxyharze,
Melaminharze, Phenolharze, Furanharze, Alkydharze, aber auch Wachse wie Bienenwachs, Kolophonium, höhere Alkohole
und Ester. Weiterhin sind auch anorganische Verbindungen brauchbar wie z.B. Bergkristall, Rochellesalz sowie
keramische und ferritische Verbindungen . Auch denaturierte Verbindungen aus der vorerwähnten Gruppe der organischen
und anorganischen Materialien sind brauchbar, vorausgesetzt, daß sie in die Form von Schichten oder Filmen gebracht
werden können. Besonders bevorzugt werden bei der Erfindung Polyäthylen, Polystyrol, Polypropylen, Copolymere aus
Acrylnitril, chloriertem Polyäthylen und Styrol, Polycarbonate, Tetrafluoräthylen-Harze und Copolymere aus Tetrafluoroäthylen
und Hexafluorpropylen. Diese vorgenannten Stoffe lassen sich besonders gut in die Form dünner Filme bringen.
Die auf die Oberfläche des vorerwähnten, hochisolierenden Substrats aufgebrachte Schicht aus einer
metallischen Legierung kann vorzugsweise aus den folgenden Systemen bestehen:
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Ee-Ni, Ni-Mo, Ni-Cr, Ni-Cu, Ni-Mo-Mn-Pe,
Pe-Ni-Mo-Cu, Ni-Pe-Cu-Cr-Zn, Ni-Fe-Mo, Ni-Pe-Si, Ni-Pe-Cu, Pe-Si, Pe-S, Pe-Mn,
Pe-Co-V, Pe-Al, Pe-Al-Si-Mn-C und Ni-Pe-Mn.
Allgemein sei darauf hingewiesen, daß im Rahmen der Erfindung die Sohicht aus einer metallischen Legierung
jeweils mindestens zwei Legierungsbestandteile enthalten soll, von denen mindestens einer zur Gruppe Pe, Ni und Co
gehört, Es können beide Legierungsbestandteile zu dieser Gruppe gehören, es kann aber auch der zweite Legierungsbestandteil
aus der Gruppe der Elemente Mn, Si, Cu, S, Y, Mo, C, Al und Zn ausgewählt sein. Durch Versuche wurde
gefunden, daß nur bei Einhaltung dieser Bedingungen das gewünschte optimale Ergebnis eintritt, nämlich die Vergrößerung
der Ausgangsspannung und die Erhöhung der Lebens- |
dauer.des Elektreten. Wenn die Schicht aus einer metallischen
Legierung ein Element der Gruppe Mn, Si, Cu, S, V, Mo, C, Al und Zn enthält, ist es zweckmäßig, den Anteil an dem
unbedingt erforderlichen Leigerungsbestandteil Pe, Co und/oder
Ni innerhalb des Bereiches von 30 bis 90 Gewichtsprozent
vorzugsweise 40 bis 80 Gewichtsprozent, zu halten.
Ein nach Maßgabe der Erfindung aufgebauter Elektret, bei dem mindestens eine Oberfläche des hooh-isolierenden
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und in die Form einer Schicht, eines Bandes, eines Films oder dergleichen gebrachten Substrats mit einer Schicht
einer metallischen legierung der mit der Erfindung angegebenen Zusammensetzung beschichtet ist und die gesamte Masse dann
in einem Gleichspannungsfeld polarisiert ist, zeigt gegenüber
einem einfachen Elektreten, der nur aus einem unbeschichteten
hoch-isolierenden Material besteht, eine im allgemeinen um 20 bis 500 $ höhere elektretische Spannung.
In diesem Zusammenhang sei noch darauf hingewiesen, daß bei Verwendung einer Beschichtung aus nur einem einzigen Metall,
beispielsweise aus Fe oder Mn, diese Verbesserung der elelctretischen Eigenschaften nicht eintritt. Somit ist
für den Erfolg der Erfindung die Tatsache wichtigt, daß
die metallische Schicht die Schicht einer metallischen legierung der mit der Erfindung angegebenen Zusammensetzung
ist.
Der erfindungsgemäße Elektret ist als elektretisches
Bauteil für praktisch alle Anwendungefälle geeignet, beispielsweise für akustische Geräte, und besitzt bei einfacher
'Herstellbarkeit den Vorteil einer guten Verarbeitbarkeit
sowie den Vorteil, daß er ohne Schwierigkeiten kompakt und leicht ausgebildet werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert.
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Es wurden als Substrat Filme von etwa 20 /um Dicke hergestellt, die völlig frei von Nadellöchern waren.
Als Material für diese Filme wurde Polystyrol , Polypropylen, J Polyfluorovinyliden, ein Copolymeres von Tetrafluoroäthylen
und Hexafluorpropylen, Polyvinylchlorid und Polyäthylenterephthalat
verwendet. Auf diese Substrate wurde anschließend eine gleichmäßige Schicht von metallischen Legierungen aufgedampft,
wobei diese Legierungen die folgende Zusammensetzung hatten:
Fe-Ni (55% Fe, 45% Ni)
Ni-Mo (78,5% Ni, 21,5% Mo)
Ni-Fe-Mo-Mn (79% Ni, 15,5% Fe, 5% Mo, 0,5% Mn)
Ni-Fe-Cu-Mo (75% Ni, 10% Fe, 10% Cu, 5% Mo)
Ni-Si-Fe (43% Ni, 3% Si, 54% Fe)
Die Aufdampfung der Legierungen erfolgte auf beide
Seiten des Substrat-Filmes in einem Vakuum von etwa 10 J Torr
derart, daß sioh auf dem Substrat metallische Schichten vo..
etwa 2 bis 5 /um Dicke ergaben. Das beschichtete Substrat wurde danach in einem Gleiohspannungsfeld von 4 000 Volt
polarisiert und bei Aufreohterhaltung des Polarisationsfeldes
erhitzt und wieder abgekühlt. Die Erhitzung erfolgte mit einer Rate von 5 0C pro Minute , dann wurde das Material
etwa 20 Minuten lang bei der Maximaltemperatur (100 0C)
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gehalten, und anschließend wieder mit einer Rate von 10 ° pro Minute auf die Raumtemperautr abgekühlt. Nach der Abkühlung
wurde das Polarisationsfeld abgeschaltet.
Die elektretische Spannung des solcher Art hergestellten
Elektreten wurde nach üblichen Methoden in einer Atmosphäre von 23 0C Temperatur und einer relativen Feuchtigkeit
von 55 bis 58$ gemessen. Weiterhin wurde die Alterungsbeständigkeit
nach der Methode von Arrhenius ermittelt. Nach dieser Methode wird die Zeit (in Jahren) fest-gestellt,
innerhalb der die elektretische Spannung unter den vorerwähnten Atmosphäre-Bedingungen auf 75# des Ausgangspegels
abgesunken 1st. Dazu werden Messungen bei !Temperaturen von 50 0O, 60 0C und 70 0C durchgeführt.
Die Ergebnisse der Untersuchungen an den verschiedenen erfindungsgemäßen Proben sind in der beigefügten Tabelle 1
niedergelegt und dort in Vergleich gesetzt zu Ergebnissen, die mit genau gleichbehandelten und untersuchten Substraten
gewonnen wurden, welche auf ihren beiden Seiten jedoch mit
einer Schicht aus nur allein Aluminium beschichtet waren. Jedem der in der Tabelle angegebenen Werte liegen 10 Messungen
zugrunde, und die Tabellenwerte stellen die Mittelwerte dieser Messungen dar.
Aus der Tabelle ergibt sioh deutlich, daß ein nach
Maßgabe der Erfindung gebauter Elektret bei gleichem Substrat
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einem nur mit Al allein beschichteten Elektreten sowohl
hinsichtlich der elektretischen Spannung als auch hinsichtlich
der Lebensdauer wesentlich überlegen ist.
Darauf hingewiesen sei noch, daß die gleichen guten Ergebnisse auch dann erhalten wurden, wenn als hoch-isolierendes
Material Keramiken wie BaTiO5 und Ba(Ti-Sn)O5 f
oder anorganische Verbindungen wie Ferrite verwendet wurden.
Eine Seite eines Films aus Polypropylen von etwa 8 /U Stärke wurde mit einer 2 bis 3 /U dicken Sohicht einer
metallischen Legierung aus 64% Fe und 37#Ni beschichtet.
Der so gebildete Körper wurde dann in Stüoke von 30 χ 40 mm
Größe geschnitten.'Anschließend wurde bei jedem dieser Stücke an der metallischen Schicht als elektrischer Anschluss eine
schmale Blei-Leitung angebracht. Danachwurden 5 dieser Stücke
so aufeinandergelegt, daß die metallischen Schichten eine
alternierende Lage bekamen. Die Stücke wurden dann bei geringer Erhitzung auf Temperaturen von 80 bis 90° zusammengepreßt,
und außerdem wurde die noch nicht beschichtete Außenseite des so gebildeten Laminates ebenfalls noch mit
der gleichen Legierungs-Schicht beschichtet, die ursprünglich auf die eine Seite des Polypropylen-Films aufφ bracht worden
war. Auf diese Weise ergab sich ein Kondensator, dessen Blei-
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Leitungen so geschaltet wurden, daß die Polypropylen-Filme
parallel zueinander angeordnet waren.
Die Masse wurde anschließend durch Polarisation und Erhitzung analog Beispiel 1 mit elelctretischen Eigenschaften
versehen, und es wurde gefunden, daß der solcher Art hergestellte elelctretische Kondensator eine wesentlichlängere
Lebensdauer hatte und auch eine2 bis 10 Mal höhere
elektretische Spannung besaß als ein Vergleichskondensator,
der in der gleichen Weise hergestellt wurde, bei dem die metallischen Schichten jedoch nur aus Aluminium allein bestanden.
Die gleiche Untersuchung wurde noch mit Filmen aus Polyäthylenterephthalat, Polytetrafluoroäthylen sowie einem
Copolymeren aus Tetrafluoroäthylen und Hexafluorpropylen
wiederholt, wobei die Filmstärke dieser Materialien jeweils 1 mil betrug. Der mit diesen Filmen erzeugte elektretischen
Kondensator zeigte gegenüber einem jeweiligen Vergleichs-Kondensator, bei dem eine metallische Schicht aus nur Aluminium
aufgebracht war, eine 3 bis 6 Mal höhere elektretische Spannung und ebenfalls eine sehr viel bessere lebensdauer.
Die Zeit, innerhalb der die elektretische Spannung auf 75 # des Ausgangspegels bei Zimmertemperatur und mittlerer
Feuchtigkeit absank, wurde zu 4 bis 5 Jahren bestimmt.
-Patentanspruch-
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Claims (1)
- -IS-PatentanspruchElektret aus einem geformten und in einem GIeichspannungsfeld polarisierten hoch-isolierenden Material, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Oberfläche des Materials mit einer Sohioht einer metallischen Legierung bedeokt ist, die mindestens ein Element der Gruppe Pe, Co und Hi enthält und aus mindestens zwei Elementen der Gruppe Pe, Co, Ni,
Mn, Si, Cu, S, V, Mo, C, Al und Zn besteht.109883/1307
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5984670A JPS5024440B1 (de) | 1970-07-10 | 1970-07-10 |
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|---|---|
| DE2134571A1 true DE2134571A1 (de) | 1972-01-13 |
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ID=13124966
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| DE (1) | DE2134571A1 (de) |
| FR (1) | FR2097814A5 (de) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2432377A1 (de) * | 1973-07-05 | 1975-01-23 | Sony Corp | Verfahren zur herstellung eines elektrets |
| DE2433888A1 (de) * | 1973-07-17 | 1975-02-06 | Kureha Chemical Ind Co Ltd | Verfahren zum polarisieren von folien hohen molekulargewichts |
| DE2539924A1 (de) * | 1974-09-11 | 1976-04-01 | Kureha Chemical Ind Co Ltd | Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen polarisierung eines thermoplastischen filmes |
| DE3333083A1 (de) * | 1983-09-14 | 1985-04-04 | Metev Gesellschaft für Entwicklung und Verwertung med. Bedarfs GmbH & Co KG, 4840 Rheda-Wiedenbrück | Elektrisch permanent geladenes schichtmaterial und verfahren seiner herstellung |
Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JPH0548894U (ja) * | 1991-12-10 | 1993-06-29 | 北川工業株式会社 | 物干し用具 |
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-
1971
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- 1971-07-06 DE DE19712134571 patent/DE2134571A1/de active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2097814A5 (en) | 1972-03-03 |
| JPS5024440B1 (de) | 1975-08-15 |
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