駐極體結構的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]駐極體是可以在較長的時間段上存儲電荷的材料。駐極體(例如以聚合物薄膜形式的，以及無機駐極體、如Si02)可以通過多種方法(電暈方法(Koronaverfahren)、電子射束、接觸充電……)被充電。在充電時，電荷載體被注入到駐極體的部分區域中或者引起駐極體中的電荷分離，由此駐極體變成電場的載體。已充電的駐極體可以在多個電子部件中使用，例如在麥克風、揚聲器或空氣過濾器中使用。為此，駐極體在至少一側上與電極接通并且被充電，從而構成駐極體結構。例如，在G.M.Sessler(作者)的《Electrets》(卷I，第三版，LapIacian出版社,Morgan Hili ,CA, 1999年)中或者在G.M.SessIer的《Electrets:recent developments))(Journal of Electrostatics，卷51-52，第137-145頁，2001年)中存在對至今了解的全面描述。
[0002]對于在技術上使用的駐極體結構的挑戰是，對于長的、理想數年或數十年的時間段在應用重要的環境條件下(例如增大的直至85°C的溫度)保證駐極體中的電荷分離的穩定性，因為在高的溫度時電荷載體尤其可以運動經過駐極體。由此，當電荷從駐極體運動到接通的電極中并且在那里進行抵消時，電荷載體可能隨著時間的推移消失。
[0003]在文獻中描述了用于改善已充電駐極體的電荷穩定性的大量方法，例如借助等離子體的預處理，參見Chen, Q.的《Investigat1n of corona charge stabilitymechanisms in poIytetrafluorethyIene(PTFE) teflon films after plasmatreatment》(2003年，Journal of Electrostatics 59(2003)3-13)，借助化學劑的預處理，參見 Har idoss，S.，Per Iman，M.M.的《Chemi cal Modificat1n of Near-SurfaceChargeTrapping in PolymersK1984年，J.Appl.Phys.55(5), 1984年3月I 日)，或者借助增大的溫度的預處理，參見van Turnhout，J.的《The Use of Polymers for Electrets))(1975年，Journal of Electrostatics，I，第147-163頁。
[0004]近數十年以來，研究出了在內部在孔表面上存儲電荷的多孔駐極體薄膜作為壓電材料(“壓電駐極體”)，例如在M.Paajanen、J.Lekkala、K.Kirjavainen 的《ElectroMechanical Film(EMFi)-uA new multipurpose electrets material”》中記載。只要兩個電極已經施加到材料上，這種材料就已經可以被用作機電換能器并且通過其柔性能夠實現不同的應用可能性。在此，已充電的多孔駐極體(壓電駐極體)的表面主動地振動。對于作為多孔壓電駐極體的應用而言特別感興趣的是，提供卓越的電荷存儲的駐極體材料、例如特氟龍FEP、PTFE和PFA并且由此也可以在更高的溫度時在更長的時間上使用。在已充電的多孔駐極體中(壓電駐極體)，在每一個孔中在孔的相對的側上存在正電荷載體和負電荷載體。由此產生以下不利:駐極體的放電在更長的時間段上發生，因為電荷載體僅僅必須運動經過相對短的路程，以便使相反充電的電荷載體相遇并且與其重新組合。
[0005]對于駐極體在要求跨越數年地也在惡劣的環境條件下保持不變的性能(例如對于在車輛中的應用)的部件中的應用而言，需要具有非常高的電荷穩定性的駐極體。通過適合的材料和預處理方法的選擇，可以得到以下駐極體:其在室溫和增大的溫度時具有好的電荷穩定性并且其可以潛在地用于上述應用。然而，對于為了在所述惡劣的環境條件下的使用所考慮的駐極體的選擇存在僅僅少的選擇。
[0006]因此，期望相對于現有技術的、用于制造具有非常高的電荷穩定性的駐極體的新方法以及電荷穩定性的進一步改善并且對于駐極體開發新的應用領域。
[0007]DE 44 21 859 C2示出一種用于借助駐極體清潔氣體的過濾器以及至少部分包圍駐極體的由多孔介質構成的層。所述多孔介質由泡沫材料、尤其由開孔的或開孔蜂窩狀(off enporzellig)的泡沫材料制造。駐極體構造為由聚合物、例如由聚四氟乙稀構成的薄的層或板并且通過熱處理極化。
[0008]DE 2 232 264示出一種駐極體結構，其由兩個薄的介質薄膜組成，在所述兩個薄的介質薄膜之間置入電離空氣層。這種駐極體結構可以用作超聲換能器。
【發明內容】
[0009]本發明描述駐極體結構的一種新型構造以及用于制造這種駐極體結構的方法，在所述方法中避免現有技術的不利。通過根據本發明的構造妨礙在充電之后電荷載體的運動并且因此保證高的電荷穩定性。
[0010]根據本發明提出一種駐極體結構，其包括導電載體、第一駐極體層和多孔介質層，所述多孔介質層布置在載體和駐極體層之間。在此，所述導電載體優選構成根據本發明的駐極體結構的電極。
[0011]本發明基于以下構想:利用多孔介質層使已充電的第一駐極體層與背電極分離。由此，防止電荷從第一駐極體層到電極的運動，因為電荷平均上必須經過更長的至電極的路徑。同樣，防止相反地充電的電荷載體從電極到第一駐極體層的可能出現的運動。由此，顯著提高根據本發明的駐極體結構相對于傳統的不具有駐極體和電極之間的多孔介質層的構造的電荷穩定性。
[0012]相對于由現有技術已知的多孔駐極體(所謂的壓電駐極體，在其中在駐極體的所有孔中分別存在正電荷和負電荷)，根據本發明的構造提供正電荷和負電荷的更強烈的空間分離，因為多孔層自身不被充電。由此，顯著降低通過已充電的駐極體層內的電荷載體的重新組合引起的電荷損失的危險。
[0013]使用根據本發明的駐極體結構的電聲換能器優選如此構造，使得駐極體結構自身不振動，而是構造電場，從而根據靜電換能器的已知原理實現聲波的產生或探測。
[0014]根據本發明，在構成電極的導電載體上施加多孔介質。為此，例如可以使用多孔聚合物、如多孔特氟龍(例如PTFE、PFA、FEP、AF等)，但也可以使用具有介質特性的其他材料、例如多孔陶瓷。
[0015]如此構造的多孔介質層優選可以在其面向載體或電極的一側上金屬化。由此，有利地實現好的電連接和/或產生對于電荷載體的跨界的電勢壁皇(Potentialbarriere)。尤其當多孔介質層具有多孔特氟龍時，對于多孔介質層的金屬化有利的是使用鋁，鋁不僅改善多孔介質層與載體的電連接，而且妨礙電荷從背電極跨界到特氟龍材料中。
[0016]根據本發明，在多孔介質層上施加駐極體材料，例如通過由特氟龍(例如PTFE、PFA、FEP、AF等)構成的薄膜的層壓，所述薄膜構成第一駐極體層，電荷載體通過薄膜的充電引入所述第一駐極體層中。替代地，可以滴上作為濕性溶液的駐極體材料(例如特氟龍)，然后進行干燥。
[0017]為了防止空氣潮濕進入多孔介質層的孔中，優選設置:整個駐極體結構朝一側密封。這例如可以通過以下實現:上駐極體層在該構造的邊緣處伸展到載體上并且與載體連接(例如粘接或層壓)。替代的密封是可能的，例如通過施加粘接劑在駐極體結構側面的密封或者環狀地圍繞駐極體結構的密封。
[0018]在本發明的一種優選實施中設置，在背電極與多孔介質之間置入一個另外的第二駐極體層。多孔介質層的金屬化在這種情形中被取消。替代地，可以金屬化第二駐極體層的面向載體或背電極的一側。如果多孔介質的金屬化和/或多孔介質與載體的連接由于材料特性引起問題，則可以有利地選擇這種可選擇的構造。
[0019]在根據本發明的駐極體結構的壽命持續時間期間，電荷載體緩慢地從上駐極體層的表面(或者從體積中)朝電極方向運動。在由現有技術已知的、具有直接施加在電極上的駐極體的構造中，電荷載體在一段時間之后到達電極并且通過運走或者重新組合被抵消。
[0020]相反，在根據本發明構造的駐極體結構中，如果駐極體已經到達了已充電的駐極體層的下側，則電荷載體從駐極體到達多孔介質。在駐極體和介質接觸的位置處可以實現電荷載體的跨界并且發生電荷載體的另外的運動。但是，在大多位置處由于多孔介質層的多孔性所以駐極體與孔、即與填充空氣的空腔鄰接。不