熱刺激放電技術(shù)及其在聚合物駐極體聲表面波材料研究中的應(yīng)用.pdf

1、近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,聲表面波器件在通信、雷達(dá)和電子對抗領(lǐng)域中的優(yōu)勢越來越明顯,已經(jīng)取代了許多傳統(tǒng)的模擬電子器件,同時,各種新型的聲表面波用壓電材料也層出不窮。有機(jī)聚合物駐極體是20世紀(jì)40年代興起的一種新型駐極體材料,因其優(yōu)異的壓電性能而被廣泛地應(yīng)用于商業(yè)生產(chǎn)中,并在工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用,如將它用作聲表面波(SAW)器件的基底材料不僅不需要昂貴的非壓電襯底,還能改善傳統(tǒng)聲表面波壓電基底質(zhì)脆的缺點。然而SAW器件對材

2、料的壓電性能要求很高,聚合物駐極體的壓電性主要來源于材料體內(nèi)的電荷存儲能力,為了提高聚合物駐極體材料的壓電系數(shù),首先要提高聚合物駐極體的電荷存儲密度及其穩(wěn)定性。
　　 熱刺激放電法是研究駐極體宏觀規(guī)律及微觀特性的基本方法之一,它能夠在短時間內(nèi)給出駐極體的退極化規(guī)律,幫助人們理解駐極體內(nèi)電荷的存儲方式和衰減過程,是研究和開發(fā)新型駐極體的基本工具。采用熱刺激放電法來研究聚合物駐極體材料的電荷存儲特性,能夠快捷、簡便地獲取材料的極化電

3、荷類型以及電荷存儲機(jī)制相關(guān)信息,根據(jù)這些信息對充電方法進(jìn)行改善,便能有效提高聚合物駐極體的電荷存儲能力。
　　 本論文首先設(shè)計開發(fā)了一臺TSC-DH型熱刺激放電測試儀,研究了人工智能控制算法在該儀器控溫系統(tǒng)中的應(yīng)用,并開發(fā)了該儀器的計算機(jī)自動數(shù)據(jù)采集和繪圖軟件,簡化了熱刺激放電實驗后期數(shù)據(jù)處理的工作。在此基礎(chǔ)上,論文對聲表面波壓電材料的研究現(xiàn)狀以及聚合物駐極體材料用作聲表面波器件的可行性做了分析,選取聚丙烯、聚四氟乙烯和氟化乙丙

4、烯共聚物三種原生聚合物薄膜,采用電暈充電法和熱極化方法制備了單面鍍鋁的聚合物駐極體樣品,并對樣品做了表面電位跟蹤實驗和TSD實驗,經(jīng)過研究和分析得出以下結(jié)論:
　　 1)TSD實驗的電流峰位置會受升溫速率的影響,為了提高TSD實驗結(jié)果的可信度,本論文研究了人控制能控制算法在DH-TSC型熱刺激電流測試儀中的應(yīng)用,研究結(jié)果表明該算法實現(xiàn)了加熱系統(tǒng)的線性升溫,提高了TSD測試儀的實驗精度。
　　 2)為了簡化TSD實驗的后期

5、數(shù)據(jù)處理工作,本論文采用Microsoft VisualC＃2008工具及Microsoft.NET Framework3.5平臺開發(fā)了數(shù)據(jù)采集和繪圖軟件,該軟件實現(xiàn)了TSD實驗中電流值和溫度值的同步采集以及自動繪圖,簡化了TSD實驗后期數(shù)據(jù)處理工作。
　　 3)為了防止聚合物薄膜在駐極中因電極與薄膜間的氣隙而發(fā)生復(fù)雜的充電現(xiàn)象,以及保證TSD實驗中駐極體薄膜的背電極良好接地,聚合物表面需要蒸鍍一層均勻、完整的金屬電極,由掃描電

6、鏡下觀察到的鋁膜表面放大圖像表明,電阻式真空鍍膜法蒸鍍的鋁膜滿足了駐極實驗和TSD實驗對電極的要求。
　　 4)為了得到準(zhǔn)確有效的TSD實驗結(jié)果,聚合物駐極體在制備完成后需要對其表面電位進(jìn)行跟蹤直至穩(wěn)定,根據(jù)聚合物駐極體的表面電位衰減狀況得出:電暈充電法會在駐極體材料表面沉積許多不穩(wěn)定的表面電荷,而熱極化則不會;高溫充電能夠增加深陷阱電荷的捕獲率,提高駐極體的表面電荷密度;電暈充電的FEP和PTFE駐極體的電荷存儲穩(wěn)定性優(yōu)于PP

7、駐極體。
　　 5)論文利用TSC-DH型熱刺激放電測試儀對表面電位穩(wěn)定的聚合物駐極體做了TSD實驗,分析材料的TSD電流溫度譜得出:電暈充電的PTFE和FEP駐極體其深阱電荷捕獲率高于PP駐極體;與熱極化和正電暈充電法相比,負(fù)電暈充電的FEP駐極體具有最好的電荷存儲穩(wěn)定性。
　　 總之,熱刺激放電測試儀是研究駐極體材料的有力工具,聚合物駐極體具有優(yōu)良的電荷存儲特性和壓電性,其平滑的表面和較低的介電損耗也非常適合SAW的