一种生产驻极体材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种生产驻极体材料的方法，包括提供聚合物电介体材料，充电所述聚合物电介体材料，同时将所述材料周围的相对湿度条件维持在用户定义范围内的相对湿度，其中充电通过选自以下的方法进行：（ｉ）加热所述聚合物电介体材料至超过所述材料的熔化温度或玻璃化转变温度的温度，使所述材料经受电场并在存在所述电场的情况下将所述材料冷却至低于所述熔化温度或玻璃化转变温度的温度，（ｉｉ）电晕充电，（ｉｉｉ）使所述材料经受电子束或离子束，（ｉｖ）接触带电，和（ｖ）任何前述方法的组合。还涉及一种由水溶性聚合物或亲水性聚合物或聚电解质聚合物制造的新的驻极体材料和包含这种驻极体材料的装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及、一种新种类驻极体材料和包含这种驻极体材料的装置。 驻极体材料通常是具有准永久电荷或偶极极化的电介体材料。驻极体产生内电场 和外电场且是永磁铁的静电相等物(electrostaticequivalent)。术语"驻极体"是在1885 年由Oliver Heaviside创造的，但是具有驻极体性质的材料自从18世纪早期就已被研究。 一般来说有两种类型的驻极体，即，真实电荷驻极体(real-charge electret)，其在电介体 表面或在电介体容积内包含具有一种极性或两种极性的过量电荷，当过量电荷在电介体表 面时具有表面电荷，当过量电荷在电介体容积内时具有空间电荷。第二种是含有定向偶极 的定向偶极驻极体。这些定向偶极驻极体的一个例子是铁电材料。例如，存在于自然界中 的驻极体材料有石英和各种形式的二氧化硅。大多数商业上使用的驻极体是由合成聚合物 制造的。 1.驻极体材料: 大多数商业上生产的聚合物驻极体是基于被用机器制造成薄膜的含氟聚合物(例如无定形聚(四氟乙烯)(PTFE, Teflon⑧)、氟化乙烯丙烯(fep)或聚偏二氟乙烯(pvdf))。它们有存储电荷的保持时间很长的优点。所使用的其他聚合物是，例如，聚丙烯、 聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)、聚碳酸酯(pc)、聚苯乙烯(ps)、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、 聚酰胺(尼龙)和聚酰亚胺，这些物质的优点在于，它们可由溶液流延以在许多类型的表面 和形状上形成薄膜。真实电荷驻极体包含正的或负的、过量的空间电荷或表面电荷，或它们 两者，而定向偶极驻极体含有定向偶极。由驻极体产生的准永久内电场或准永久外电场可 被使用在多种应用中。 现代的驻极体材料可具有高达1015元电荷/cm3的电荷密度，且具有长于十年的保 持时间。 2.充电的方法: 主体(bulk)驻极体通常是通过在将合适的电介体材料加热至超过某些特性温度 (例如，聚合物的玻璃化转变温度或其熔化温度)之后在强电场内使其冷却而制备的。驻极 体通常被制造成薄膜的形式，其中两个电极被蒸发(evaporate)或压在膜上，或者一个或 两个电极与膜保持短距离。高电场重置(r印osition)电荷载体，或在材料内排列(align) 偶极，或将外部电荷载体沉积或注射至电极。当材料冷却时，凝固使得它们固定在适当的位 置。 驻极体常常也通过将过量电荷包埋在电介体内而制造，包埋通过使用高压电晕放电使电荷搁浅(strand)于表面上或表面附近进行(这种方法被称为电晕充电)或通过使用电子束或离子束进行。电晕充电常常是通过三极管装置来完成的，其中平面背电极(planar back electrode)在介电薄膜之下，栅极在膜之上且尖端电极(pointedelectrode)(高电势)在栅极之上。栅极使得充电更均匀且允许更高的电势。 驻极体充电的另一种方法是通过接触带电(也称为摩擦起电)来实现的，其中要被充电的材料被与另一种不同的或相同的材料机械接触，随后再分离，例如通过摩擦或通4过在转筒中的颗粒滚动(particlesrolling)实现。 3.应用 驻极体材料已被发现具有商业和技术利益。它们的应用可被分成两组，一组是在 生产期间驻极体材料被充电一次，另一组是在装置的操作期间驻极体材料被重复地再充电 和消除(erase)。 属于第一组的应用是例如驻极体传声器，其广泛用于移动电话、耳机、扩音器、机 电换能器、压电驻极体、驻极体电动机及发电机、用于尘粒控制的驻极体空气过滤器、用于 测量电离辐射或氡的驻极体离子室、用于非线性光学元件的聚合物驻极体材料和用于改善 伤口愈合和断裂骨愈合和血液相容性的驻极体箔和绷带。 属于第二组的应用是用在静电印刷术、激光打印机和最近用于纳米静电印刷术 (NanoXerogr即hy) (US7232771)和数据保存(例如，US4340953、US5132934、US5724336)中 的驻极体材料。 与目前生产驻极体材料的方法有关的缺点在于，需要将高于1000V的高压应用至 充电电极。而且，对于很多目前可用的充电方法，驻极体材料仅在接近表面处而不是在主体 材料内部被充电，且充电容易不均匀。如果驻极体材料被用于数据保存应用中，那么其重复 充电仅具有低分辨率和低数据密度。而且，目前可使用的驻极体材料通常是不溶于水的，因 此不能用于涉及使用水的处理步骤。 因此，本专利技术的目的是提供一种生产驻极体材料的改进的方法。本专利技术的另一个 目的是提供可被强烈地(strongly)和均匀地充电且容易被操作(例如，被作为膜处理)的 驻极体材料。 本专利技术的目的是通过包含以下步骤的生产驻极体材料的方法来解决的 a)提供聚合物电介体材料， b)充电所述聚合物电介体材料，同时将所述材料周围的相对湿度条件维持在用户 定义范围内的相对湿度，其中充电通过选自以下的方法进行(i)加热所述聚合物电介体 材料至超过所述材料的熔化温度或玻璃化转变温度的温度，使所述材料经受电场且在存在 所述电场的情况下冷却所述材料至低于所述熔化温度或玻璃化转变温度的温度，(ii)电晕 充电，(iii)使所述材料经受电子束或离子束，(iV)接触带电，和(v)任何前述方法的组合。 在一个实施方式中，所述聚合物电介体材料是无定形的。 在一个实施方式中，所述聚合物电介体材料是吸水量(wateruptake) < 0. lwt. % 的疏水性聚合物，例如聚(四氟乙烯)，其中步骤b)的所述相对湿度条件被维持在<5%， 优选为< 1%，或者所述聚合物电介体材料是吸水量在0. lwt. X至3wt. %的不溶于水的聚 合物，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)，其中步骤b)的所述相对湿度条件被维持在20%至40%， 或者其中所述聚合物电介体材料是吸水量> 3wt. %的水溶性聚合物或亲水性聚合物或聚 电解质聚合物，例如聚丙烯酰胺，其中步骤b)的所述相对湿度条件被维持在< 5%，优选为 < 1%。 在一个实施方式中，所述疏水性聚合物具有> 100%的接触角。 在一个实施方式中，所述疏水性聚合物选自聚(四氟乙烯)、氟化乙烯丙烯、聚偏 二氟乙烯、聚苯乙烯、环烯烃共聚物。在一个实施方式中，所述不溶于水的聚合物选自聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰胺。 在实施方式中，所述水溶性聚合物或亲水性聚合物或聚电解质聚合物选自聚丙 烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚乙二醇、聚乙酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸-2-羟 乙酯、聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、聚乙烯基咪唑、聚(2-甲基-2-噁唑啉)、聚(2-乙 基-2-噁唑啉)、聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。 在一个实施方式中，步骤b)的所述相对湿度条件被维持在< 1%，且其中所述聚 合物电介体材料在进行步骤b)之前被干燥，优选地通过在真空或干燥的受控大气中加热 来干燥，或通过在干燥条件下储存足够长的时间以使所述聚合物电介体材料脱水至含水量 < 0. lwt. %来干燥。 在一个实施方式中，所述聚合物电介体材料被制备成膜，优选为由水溶液流延的薄膜。 在一个实施方式中，所述聚合物电介体材料在进行步骤b)之后被维持在与步骤 b)中相同的相对湿度条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产驻极体材料的方法，该方法包含以下步骤：ａ）提供聚合物电介体材料，ｂ）充电所述聚合物电介体材料，同时将所述材料周围的相对湿度条件维持在用户定义范围内的相对湿度，其中充电通过选自以下的方法进行：（ｉ）加热所述聚合物电介体材料至超过所述材料的熔化温度或玻璃化转变温度的温度，使所述材料经受电场并在存在所述电场的情况下将所述材料冷却至低于所述熔化温度或玻璃化转变温度的温度，（ｉｉ）电晕充电，（ｉｉｉ）使所述材料经受电子束或离子束，（ｉｖ）接触带电，和（ｖ）任何前述方法的组合。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：N诺尔，S罗塞利，T米特瓦，G内尔斯，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]