一种多功能PVDF薄膜极化装置、极化方法及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术属于高分子薄膜极化技术领域。尤其涉及一种多功能薄膜极化装置、极化方法及其应用。所述极化装置包括：箱体、第一运动单元、第二运动单元、高温热极化单元、电晕极化单元、第一载物台、第二载物台和温控单元。本发明专利技术的极化装置能够实现一机多用，实现高温热极化、电晕极化或两种极化方式的组合，极大降低制造多台极化设备的成本，兼顾极化均匀性、极化程度、稳定性等性能指标和成本目标；此外，该装置还改进了高温热极化过程电极分布形式，采用阵列式电极，可以有效解决材料击穿问题，提高极化均匀性；该装置还可以在大气环境、保护气环境等不同条件下进行极化处理，用于研究气体环境对极化性能的影响，能够显著增加工艺灵活性。

A multifunctional PVDF film polarizing device, polarizing method and its application

【技术实现步骤摘要】
一种多功能PVDF薄膜极化装置、极化方法及其应用
本专利技术属于高分子薄膜极化
尤其涉及一种多功能PVDF薄膜极化装置、极化方法及其应用。
技术介绍
本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。聚偏氟乙烯（PVDF）作为一种常用的压电材料，具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能，广泛应用于薄膜传感器、生物医疗、航空航天、新能源等领域，具有广泛应用前景。极化是获得PVDF薄膜压电性能的关键工序，通过使偶极子的排列取向高度一致，改善薄膜的压电性、铁电性等多种特性。常用的极化方法有高温热极化法、电晕极化法两种。高温热极化过程中，电极与薄膜表面接触，注入的电荷主要被PVDF的深阱所俘获，该方法设备简单、操作容易，且极化较为彻底，极化后的材料后期稳定性好，缺点是容易造成材料的击穿，从而造成了极化效率不高，难以实现连续性生产。电晕极化区别于热极化的显著特征在于电晕极化的过程是在常压的气体环境中进行并且需要在被极化的薄膜的某一表面沉积金属电极，极化过程中针电极不与薄膜表面接触，大量电荷被PVDF的浅阱所俘获，浅阱俘获的空间电荷稳定性要弱于深阱中的电荷，因此电晕极化的PVDF薄膜的漏电流需要更长的稳定时间。该方法通过施加金属栅网，可以使极化较为均匀，解决材料的击穿问题，但也存在操作繁琐，极化不彻底，后期稳定性差等不足。不同的极化方法各有利弊，需要根据材料性能目标、成本目标合理选择极化方法。专利文献CN109037432A公开了一种压电元件变温极化装置及方法，该装置包括：控制组件，所述控制组件包括加压单元和控制单元，所述加压单元和控制单元电连接；极化池，所述极化池用以盛装硅油；以及极化组件，所述极化组件包括固定座和连接于固定座的移动组件。然而，本专利技术人发现：该技术只能实现单一的高温热极化，且没有对高温热极化不均匀性问题进行解决。另外，专利文献CN106848053A公开了一种高分子薄膜极化装置，所述极化装置包括电场组件和物品承载台。然而，本专利技术人发现：该装置虽然可以实现单一的电晕极化，并对极化均匀性问题进行了探讨，但未考虑极化程度和稳定性问题。综上，现有的极化装置通常只能实现单一的高温热极化或电晕极化，无法实现一机多用和多种极化方法的优化组合，且很少考虑气体环境对极化性能的影响。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种多功能PVDF薄膜极化装置、极化方法及其应用，这种极化装置能够实现一机多用，实现高温热极化、电晕极化或两种极化方式的组合，极大降低制造多台极化设备的成本，兼顾极化均匀性、极化程度、稳定性等性能指标和成本目标；此外，该装置还改进了高温热极化过程电极分布形式，采用阵列式电极，可以有效解决材料击穿问题，提高极化均匀性；该装置还可以在大气环境、保护气环境等不同条件下进行极化处理，用于研究气体环境对极化性能的影响，能够显著增加工艺灵活性。为实现上述目的，本专利技术公开如下技术方案。本专利技术的第一方面，公开一种多功能PVDF薄膜极化装置，包括：箱体、第一运动单元、第二运动单元、高温热极化单元、电晕极化单元、第一载物台、第二载物台和温控单元。所述第一运动单元固定在箱体内，第一运动单元上端安装第一载物台，第一运动单元使第一载物台能够沿着竖直方向进行往复运动。第一载物台由绝缘材料制成，其中间位置有凹型液体槽，该槽的底部布置阵列式底电极和液体释放孔。所述第二运动单元固定在第一载物台上，第二运动单元上端安装第二载物台，第二运动单元使第二载物台能够沿着竖直方向进行往复运动。所述高温热极化单元和电晕极化单元的顶电极均安装在箱体底电极上方，且顶电极与底电极相对，所述顶电极和底电极之间设置有栅格电极。所述加热单元与箱体连接，加热单元能够为箱体提供可控的温度场。进一步地，所述箱体的形状包括长方体、正方体、圆柱形等中的任意一种，箱体内表面设置有保温材料。进一步地，所述第一运动单元包括步进电机、精密丝杆、导轨、电机控制装置，所述步进电机固定安装在箱体内的底面上，所述精密丝杆的一端与步进电机连接，另一端上固定第一载物台；所述导轨竖向固定在箱体内，第一载物台滑动安装在导轨上，所述电机控制装置与步进电机电性连接。进一步地，所述第二运动单元包括步进电机、精密丝杆、导轨、电机控制装置，所述步进电机固定安装在第一载物台上，所述精密丝杆的一端与步进电机连接，另一端上固定第二载物台；所述导轨与第一运动单元共用。进一步地，所述高温热极化单元包括顶电极、设置在所述凹型液体槽中的底电极，所述顶电极安装在导轨上且与底电极相对。进一步地，所述电晕极化单元包括栅格电极以及与高温热极化单元共用的顶电极、底电极，栅格电极安装在第二载物台上。进一步地，所述顶电极和底电极呈阵列式分布，保证大面积薄膜极化处理的一致性。可选地，所述放电电极呈矩形阵列、正方形、三角形阵列、菱形阵列、六边形阵列或圆形阵列分布。进一步地，所述顶电极和底电极的形状包括圆柱形、圆台形、圆锥形、长方体、正方体等中的任意一种。可选地，所述放电电极的特征尺寸为0.5-50mm，相邻放电电极之间的中心间距为0.1-10mm。进一步地，所述加热单元包括加热器和加热器控制装置，所述加热器安装在箱体内，所述加热器控制装置安装在箱体外壁上，且加热器控制装置与加热器电性连接。进一步地，还包括保护气单元，其包括设置在箱体上、且与箱体内腔连通的进气口、出气口，所述进气口与保护气气源连接。可选地，所述保护气气源能够提供的保护气包括氮气、氩气、氦气、氖气等中的任意一种。本专利技术的第二方面，公开一种采用上述多功能PVDF薄膜极化装置进行极化处理的方法，极化采用的电场强度范围为60-300MV/m，极化温度范围为80-120℃，极化时间5-100min。本专利技术的第三方面，提供所述多功能PVDF薄膜极化装置在薄膜传感器、生物医疗、航空航天、新能源等领域中的应用。与现有技术相比，本专利技术取得了以下几方面的有益效果：（1）极化装置通过优化组合，能够实现一机多用，实现高温热极化、电晕极化或两种极化方式的组合，极大降低制造多台极化设备的成本，兼顾极化均匀性、极化程度、稳定性等性能指标和成本目标。（2）本专利技术的极化装置改进了高温热极化过程电极分布形式，采用阵列式电极，可以有效解决材料击穿问题，提高极化均匀性。（3）本专利技术的极化装置可以在大气环境、保护气环境等不同条件下进行极化处理，用于研究气体环境对极化性能的影响，能够显著增加工艺灵活性，最大限度的选择最优极化条件。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术实施例中多功能PVDF薄膜极化装置的结构示意图。图2为本专利技术实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能PVDF薄膜极化装置，其特征在于，包括：/n固定在箱体内的第一运动单元，第一运动单元的上端安装绝缘材料的第一载物台，第一运动单元能够使第一载物台沿竖直方向往复运动；/n所述第一载物台中设凹型液体槽，凹型液体槽的底部设置阵列式底电极和液体释放孔；/n固定在第一载物台上的第二运动单元，第二运动单元的上端安装第二载物台，第二运动单元能够使第二载物台沿着竖直方向往复运动；/n高温热极化单元，其包括顶电极、设置在所述凹型液体槽中的底电极，所述顶电极安装箱体内底电极上方，且顶电极与底电极相对；/n电晕极化单元，其包括栅格电极以及与高温热极化单元共用的顶电极、底电极，所述栅格电极设置在第二载物台上，且栅格电极位于顶电极和底电极之间；以及/n与箱体连接的加热单元，该加热单元能够为箱体提供可控温度场。/n

【技术特征摘要】
1.一种多功能PVDF薄膜极化装置，其特征在于，包括：
固定在箱体内的第一运动单元，第一运动单元的上端安装绝缘材料的第一载物台，第一运动单元能够使第一载物台沿竖直方向往复运动；
所述第一载物台中设凹型液体槽，凹型液体槽的底部设置阵列式底电极和液体释放孔；
固定在第一载物台上的第二运动单元，第二运动单元的上端安装第二载物台，第二运动单元能够使第二载物台沿着竖直方向往复运动；
高温热极化单元，其包括顶电极、设置在所述凹型液体槽中的底电极，所述顶电极安装箱体内底电极上方，且顶电极与底电极相对；
电晕极化单元，其包括栅格电极以及与高温热极化单元共用的顶电极、底电极，所述栅格电极设置在第二载物台上，且栅格电极位于顶电极和底电极之间；以及
与箱体连接的加热单元，该加热单元能够为箱体提供可控温度场。


2.如权利要求1所述的多功能PVDF薄膜极化装置，其特征在于，所述第一运动单元包括步进电机、精密丝杆、导轨和电机控制装置，所述步进电机固定安装在箱体内的底面上，所述精密丝杆的一端与步进电机连接，另一端上固定第一载物台；所述导轨竖向固定在箱体内，第一载物台滑动安装在导轨上，所述顶电极通过底座安装在导轨上；所述电机控制装置与步进电机电性连接。


3.如权利要求2所述的多功能PVDF薄膜极化装置，其特征在于，所述第二运动单元包括另一组步进电机、精密丝杆以及与第一运动单元共用的导轨、电机控制装置，所述第二运动单元的步进电机为两组，分别固定安装在第一载物台的左、右两侧；所述第二运动单元的精密丝杆的一端与步进电机连接，另一端上固定第二载物台。


4.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：管建国，胡志军，管江山，张成鹏，
申请(专利权)人：三三智能科技苏州有限公司，三三智能科技日照有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32