Piezotech^®製品の取り扱いについて教えてください。

Piezotech® P(VDF-TrFE)およびP(VDF-TrFE-CTFE/CFE)ポリマーは、様々な溶剤に溶解します。印刷プロセスに対応した適切な粘度を得るためにはポリマー濃度を調整する必要があります。加熱（80℃以下）で攪拌によってポリマーを溶解できます。高純度のインクを得るためには濾過ステップが必要です。 

また、直接使用できるインク（FC/RTインク）も販売しています。 

 

	Boiling Point (°C)	Flash Point (°C)
Acetone	56	- 18
Tetrahydrofuran	65	- 17
Methyl Ethyl Ketone	80	- 6
Methyl Isobutyl Ketone	118	23
Glycol Ethers	118	40
Glycol Ether Esters	120	30
N-Butyl Acetate	135	24
Dimethyl formamide	153	67
Cyclohexanone	157	54
Dimethyl acetamide	166	70
Diaceton Alcool	167	61
Diisobutyl Ketone	169	49
Tetramethyl urea	177	65
Ethyl Aceto Acetate	180	84
Dimethyl Sulfoxide	189	35
Trimethyl phosphate	195	107
N-Methyl-2-Pyrrolidone	202	95
Butyrolactone	204	98
Isophorone	215	96
Triethyl phosphate	215	116
Carbitol Acetate	217	110
Propylene Carbonate	242	132
Glyceryl triacetate	258	146
Dimethyl Phtalate	258	149

 

乾燥 - 溶媒蒸発 

残留溶媒を除去し、フィルムの特性を高めるために、大気圧または真空下で溶媒の沸点以下で溶媒蒸発ステップを実行できます。 溶媒蒸発は蒸発設備と空気の流れに大きく依存します。製品グレードに応じて室温から 140 °C まで実行できます。 

アニーリング 

アニーリングは最高の特性を備えたフィルムを得るために重要なステップです。材料の結晶化を制御し、電気的特性と機械的特性を強化します。 

For P(VDF-TrFE) コポリマー

アニーリングは、キュリー温度と融点の間の常誘電相で2～15分間実行する必要があります。Piezotech® FC20、80/20 P(VDF-TrFE) の場合は、140～145°Cの範囲が推奨されます。 

For P(VDF-TrFE) copolymers, annealing should be performed in the paraelectric phase, as close as possible to the melting.

 

For P(VDF-TrFE-CTFE/CFE) ターポリマー

フィルムは、3～20分間融点より5～15°C低い温度でアニールする必要がある場合があります。赤外線加熱またはフラッシュアニーリングを使用して、薄膜に対して急速アニーリングを行うことができます。 

圧電特性と強誘電特性を活性化するには、P(VDF-TrFE) コポリマー層を分極してC-F双極子を配向させる必要があります。上下電極による接触ポーリング、または下部電極のみによる非接触コロナポーリングが可能です。 

接点ポーリングの一般的なプロセス 

ACまたはDC電圧は、室温で抗磁界の2倍 (100 V/µm) まで印加できます。ACの周波数は0.1～10Hzの範囲にすることをお勧めします。 

P(VDF-TrFE) 層をポールするための DC (青) および AC (赤) 電圧ランプの例 

例 
電界は次のサイクルに従って印加されます。

• 電圧ランプ:0V/µm～100V/µm 
• 周波数:1Hz(それ以上も可能) 
• 100V/µmに達するまでのサイクル数:15 
• 信号波形:正弦波 

100 V/µm で分極された P(VDF-TrFE) コポリマーの典型的な強誘電体ループ 

コンタクトポーリングまたはコロナポーリング(QCの状況)は、P(VDF-TrFE) 層を流れる電流によってモニタリングできます。 

コンタクト（接触）ポーリングの場合 

AC 電圧によるコンタクトポーリングの場合、上部電極と下部電極の間の電流は、抵抗電流、容量電流、分極電流の合計に比例します。電流の生データの容量成分と抵抗成分を差し引いた後、分極電流を抽出することができ、積分すると強誘電体ループが得られます。 

電荷センサー 

概念: 電荷センサーは、機械的な力 (圧電効果) または温度変化 (焦電効果) によって刺激されると、その表面に反対符号の等しい電荷を生成します。 

等価図: 圧電、焦電センサーは、次のいずれかの等価図でモデル化できます。 

テブナン等価図:  起電力 e = Q/C0 はコンデンサ C0 と直列になります。

ノートンの等価図:  電流源 i = dq/dt はコンデンサ C0 と並列です。

動作モード: 圧電焦電センサーを使用する場合、測定される信号は実験条件に大きく依存します。 比例信号またはその派生信号を測定することが可能です。 これらの動作モードの制限は、計測チェーンのカットオフ周波数によって決まります。 

信号調整 

直接接続: センサーをアンプ、オシロスコープ、または DAC (データ収集カード) に直接接続する場合、外部インピーダンスが測定する信号に重大な影響を与える可能性があることに留意する必要があります。 上記の影響を判断するために、関連するインピーダンス (センサー、ケーブル、測定器の入力からの) が次のようにモデル化されます。 

センサー直結等価図 

 

この図をさらに分析すると、ハイパス フィルターの動作が示されます。カットオフ周波数は次の式で求められます。 

f >> fc の場合、測定信号は生成された電荷に正比例します。	f << fc の場合、測定信号は導関数に比例します。

 

 

電荷変換器

外部インピーダンスの影響を大幅に制限するために、電荷トランスデューサの使用をお勧めします。 動作原理は、生成された電荷を蓄積するために外部コンデンサ C を使用することに基づいています。 電荷変換器は、電荷電圧変換器と呼ばれることもあります。 

 

電荷電圧変換器の実用化 

 

図に示すように、オペアンプを理想的なものとして考えます。 入力間の差動電圧はゼロであるため、センサーによって生成された電流 i はフィードバック コンデンサCに送られます。寄生の影響による出力の飽和を防ぐために、フィードバック コンデンサに並列抵抗 R を追加する必要があります。 このような回路はハイパス フィルターとして動作し、カットオフ周波数は次の式で求められます。 

f >> fc の場合、測定信号は生成された電荷に直接比例します。	f << fc の場合、測定信号は導関数に比例します。

圧電センサーからの信号はオシロスコープを使用して観察されることがよくありますが、1MWの入力抵抗 (通常は単純な「x1」プローブを使用して検出される) であっても、対象のすべての信号を捕捉するには十分に高くない可能性があることに注意する必要があります。多くの場合、観測される信号はそれに応じて減少しますが、「x10」または「x100」プローブ (それぞれ抵抗が10 MWまたは 100 MW)を使用する方が良い場合があります。信号が非常に小さい場合は、プリアンプが必要になる場合があります。 

デジタル オシロスコープの選択には多くのオプションがあります。Digilent®からはさまざまな「仮想」計測器 (PC またはラップトップのポートに接続するだけのモジュール) が入手可能です (Analog Discovery 2、Discovery 2)。

電場下での変形 

印加された電場によって生じる変形は、次の簡単な式で定義できます。 

S_i = d_3i.E

ここで： 

• Si = Δxi/xi = ΔL/Lは、試料のxi方向のひずみ（相対変形）を表します。 
• d3i は圧電歪み定数 (印加電界に対して垂直方向) 

 

次の特性を持つ要素の例: 

• 長さ: l = 1 センチメートル 
• 幅: w = 2 mm 
• 厚さ：t=9μm 
• 印加電圧：V＝200V→E（電界）＝V/t 
• (d31, d32, d33) = (11, 10, -30) pC.N-1 

ピエゾひずみ定数 d は次の式で与えられます。 

d = 展開/適用フィールド = S/E 

 

センサ: 桁違い、電圧生成 

加えられた力によって生じる電界出力 (E) は次のように定義できます。 

E = g_ij.σ_i

ここで： 

• σi は加えられた機械的応力 (N/m2) 
• gij は圧電電圧定数 (Vm/Nm2) 

 

g = 発生する電界/適用される機械的応力 = E/σ 

g = d/ε = d/εrε0 の場合 

 

 

次の特性を持つ要素の例: 

• 長さ: l = 2cm 
• 幅: w = 2cm 
• 厚さ：t＝100μm 
• 圧縮 0.1 Bar → σ = -10000 N/m2 
• (g31, g32, g33) = (216, 19, -339) *10-3 – Vm/Nm2 

E = V₀/t = g₃₃.σ₃

V₀ = g₃₃.σ₃.t = 339 mV