DE4344911C2 - Verfahren zum Polarisieren von mindestens einem Teilgebiet von Folien aus ferroelektrischen Stoffen sowie Verfahren zur Herstellung von polarisierten Elementen für piezoelektrische oder pyroelektrische Aufnehmer beziehungsweise Geber - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Polarisieren von mindestens einem Teil­ gebiet von Folien aus ferroelektrischen Stoffen sowie die Verwendung eines solchen Ver­ fahrens zur Herstellung von piezoelektrischen oder pyroelektrischen Aufnehmern bezie­ hungsweise Gebern.

In seiner vorangehenden deutschen Patentanmeldung 33 44 296 A1 hat der Antragsteller ein Verfahren und ein Gerät zum Polarisieren ferroelektrischer Stoffe beschrieben. Gemäss die­ sem Verfahren wird an den ferroelektrischen Stoff ein tieffrequentes elektrisches Wechsel­ feld gelegt. Gleichzeitig wird die Amplitude dieses elektrischen Wechselfeldes stufenweise erhöht, um in dem ferroelektrischen Stoff eine kontrollierte remanente Polarisation zu er­ halten. Die maximale Amplitude des elektrischen Feldes ist verhältnismäßig hoch, weil ihr Wert über demjenigen des Koerzitivfeldes des ferroelektrischen Stoffes liegen muss.

Auf dieses Verfahren wird heutzutage verstärkt zurückgegriffen, vor allem bei der Ferti­ gung von piezoelektrischen oder pyroelektrischen Aufnehmern beziehungsweise Gebern. Im allgemeinen wird damit begonnen, die Messelektroden des Aufnehmers beziehungsweise Gebers auf zwei gegenüberliegenden Flächen einer Folie aus ferroelektrischem Material abzusetzen, zum Beispiel durch Kathodenzerstäubung oder Verdampfung. Diese Messelekt­ roden werden anschließend verwendet, um in der Polarisationsphase das elektrische Wech­ selfeld anzulegen. Die Folie aus ferroelektrischem Stoff wird im allgemeinen komprimiert, um die Volumenänderungen zu begrenzen, die örtlicher Art sein können, aufgrund der ho­ hen Werte des elektrischen Feldes in der Polarisationsphase induziert werden und geeignet sind, die Reproduzierbarkeit der Kenngrößen der Aufnehmer beziehungsweise Geber nachteilig zu beeinflussen. In der Praxis sind die auf die Folie aus ferroelektrischem Stoff einwirkenden Drücke auf eine Größenordnung von einigen hundert Bar begrenzt, denn im gegenteiligen Falle würde die Druckeinwirkung zu einer Beschädigung des ferroelektrischen Materials in der Nähe der Ränder der angebrachten Elektroden führen. Auch die Elektroden selbst könnten beschädigt werden, wenn sie eine relativ langgestreckte Struktur aufweisen.

Außerdem müssen die jeweiligen Teile der beiden Messelektroden, die sich von der polari­ sierten Zone in Richtung auf die Anschlüsse erstrecken, verhältnismäßig weit auseinander liegen und parallel zur Folie aus ferroelektrischem Stoff verlaufen. Dieser Zwischenraum ist wegen der hohen angelegten Spannungen erforderlich. Bei zu geringen Abständen besteht die Gefahr eines Durchschlags, einer elektrischen Umgehung und einer Polarisierung des Materials. Hieraus ergibt sich eine Zunahme der Abmessungen von Aufnehmer bezie­ hungsweise Geber.

Das vorgenannte Verfahren führt zu Schwierigkeiten, wenn auf einer Folie aus ferroelektri­ schem Stoff ein Teilgebiet mit kleinen Abmessungen polarisiert werden muss, zum Beispiel ein Teilgebiet, dessen Abmessungen auf einer Folie mit einer Dicke von ca. 25 µm unter einem Wert von 1 mm² liegen. Bei solchen kleinen Abmessungen werden die Randeffekte nicht nur gravierend, sondern auch vorherrschend und erschweren die Deutung der Messer­ gebnisse. Diese Randeffekte beeinträchtigen ebenfalls die Homogenität der induzierten re­ manenten Polarisation. Die Polarisation ist gleich dem Verhältnis von Ladungsmenge zur geometrischen Oberfläche. Außerdem treten bei solchen kleinen Abmessungen im Inneren des ferroelektrischen Stoffes erhebliche mechanische Spannungsbelastungen lokaler Art auf. Es werden hohe Drücke benötigt, um die Wirkung dieser Spannungsbelastungen zu begren­ zen. Hieraus ergeben sich die oben genannten Probleme im Hinblick auf die mechanische Festigkeit.

Die gleichen Nachteile treten auch bei großen Flächen auf, selbst wenn die Auswirkungen messtechnisch weniger gravierend sind.

US 5,058,250 offenbart einen Infrarotdetektor-Array mit einem elektrisch aktiven Film aus einem Polymermaterial und einer auf einer Oberfläche des Films eingelassen Elekro­ denstruktur. Zur Polung des Polymermaterials wird das Anlegen eines elektrischen Feldes über den Film offenbart.

Eine dieser Erfindung zugrundeliegende Hauptaufgabe besteht darin, den Schwierigkeiten, die bei den bekannten Polarisationsverfahren auftreten, abzuhelfen und ein Polarisationsverfahren vorzuschlagen, das mit der Anwendung von verhältnismässig hohen Drücken kompatibel und vorzugsweise geeignet ist, Teilgebiete mit kleinen Abmessungen in einer Folie aus ferroelektrischem Stoff zu polarisieren.

Mit der Erfindung wird somit ein Verfahren zum Polarisieren eines Teilgebietes einer Folie aus ferroelektrischem Material vorgeschlagen, bei dem Elektroden auf zwei gegenüberliegenden Flächen der Folie so angebracht werden, dass sich das zu polarisierende Teilgebiet bis in den Zwischenraum zwischen diesen beiden Elektroden erstreckt, man komprimiert das zu polarisierende Teilgebiet und legt eine variable Spannung zwischen den Elektroden an, dadurch gekennzeichnete dass jede der Elektroden mit jeweils einem Trägerisolator verbunden ist, dessen Oberfläche grösser ist als diejenige des auf der Folie aus ferroelektrischem Stoff zu polarisierenden Teilgebietes, wobei der Trägerisolator auf beiden Seiten der Elektrode mit einer Schicht aus dielektrischem Material überzogen ist, deren Dicke mindestens doppelt so stark ist als diejenige der Folie aus zu polarisierendem Stoff und deren Aussenfläche in einer Ebene mit der Aussenfläche der Elektrode liegt, die ausserdem eine geeignete geglättete Oberfläche aufweist.

Die in der Polarisierungsphase verwendeten Elektroden sind also nicht mit der zu polarisierenden Folie, sondern mit getrennten Trägern verbunden. Jeder dieser Träger hat eine glatte Oberfläche, die auf die zu polarisierende Folie ausgerichtet ist, wobei ein Teil dieser Oberfläche zu der eigentlichen Elektrode gehört.

Wird nun ein hoher Druck erzeugt, um den zu polarisierenden Teilabschnitt zu komprimieren und um somit das Anlegen eines elektrischen Feldes von hoher Amplitude zu ermöglichen, bewirkt dieser Druck eine mechanische Spannungsbelastung, die zwar stark sein kann, aber regelmässig innerhalb des ferroelektrischen Materials und der Elektrodenträger verteilt ist. Das ferroelektrische Material und die Elektroden werden deshalb durch die mechanische Spannungsbelastung nicht in Mitleidenschaft gezogen.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Wert der Dielektrizitätskonstanten des dielektrischen Materials mindestens die gleiche Grössenordnung auf wie der Wert der Dielektrizitäts­ konstanten des ferroelektrischen Materials. Hierdurch kann der unerwünschte Einfluss der Randeffekte bei den Strommessungen, die für Kontrollen des Polarisierungsvorganges erforderlich sind, auf ein Mindestmass reduziert werden. Das dielektrische Material sowie das ferroelektrische Material sind vorzugsweise aus demselben Element gefertigt, wobei das dielektrische Material aus einer nicht polaren Phase dieses Elementes besteht. Als dielektrisches Material kommen zum Beispiel PVC (Polyvinylchlorid) mit einem Höchstwert von ε_r #9 und lineare Polymethansorten mit einem Wert von 7,5 < ε_r < 9 in Frage.

Die Elektroden haben eine langgestreckte Form. Sie werden vorteilhafterweise an den gegenüberliegenden Flächen der Folie so angeordnet, dass sie senkrecht zueinander verlaufen.

Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren für die Fertigung eines polarisierten Elementes für piezoelektrische oder pyroelektrische Aufnehmer beziehungsweise Geber mit einer Folie aus ferroelektrischem Stoff, die mindestens einen polarisierten Teilabschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Teilabschnitt der Folie aus ferroelektrischem Stoff polarisiert wird, wobei ein wie oben beschriebenes Verfahren angewandt wird, und dass anschliessend Messelektroden an den beiden gegenüberliegenden Flächen der Folie angebracht werden, wobei diese Messelektroden den polarisierten Teilbereich abdecken.

Mit diesem Verfahren können Aufnehmer beziehungsweise Geber hergestellt werden, die vorteilhafterweise von kleinen Abmessungen sind und deren Empfindlichkeitskennwerte genau und zuverlässig geregelt werden können. Dieses Verfahren ermöglicht ebenfalls die Fertigung von Stossdruckaufnehmern mit einer minimalen induktiven Kopplung.

Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert.

Die als Anlagen beigefügten Zeichnungen sind als nicht zu begrenzende Beispiele zu betrachten. Es zeigen:

Fig. 1 das Schema einer Anlage für den Einsatz des erfindungsgemässen Polarisierungsverfahrens;

Fig. 2 die schematische Darstellung in auseinandergezogener Anordnung einer Folie aus zu polarisierendem Material und zwei Elektrodenträger;

Fig. 3 die Elektrodenträger, die hier im Gegensatz zur Fig. 2, auf der zu polarisierenden Folie angebracht sind;

Fig. 4 die graphische Darstellung der Hystereseschleifen von Intensität und Polarisation, die am Ende des Polarisierungsverfahrens aufgezeichnet wurden;

Fig. 5 das Schema eines Stossdruckaufnehmers gemäss dem Stand der Technik und

Fig. 6 das Schema der Anordnung eines erfindungsgemässen Stossdruckaufnehmers.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Polarisieren von ferroelektrischen Stoffen dargestellt, im besonderen von Kristallen, Polykristallen, Polymeren oder Copolymeren wie zum Beispiel Polyvinylidenfluoride (PVDF). Diese Vorrichtung enthält Analogschaltkreise und Digitalschaltkreise, es ist aber auch möglich, im Rahmen dieser Erfindung eine Vorrichtung zu verwenden, die gänzlich aus einer Analogschaltung besteht wie sie in der Patentanmeldung FR-A-2 538 157 beschrieben ist. Die Betriebsweise der aus Fig. 1 ersichtlichen Vorrichtung entspricht ausserdem voll und ganz derjenigen der Vorrichtung, die in der vorgenannten Patentanmeldung beschrieben worden ist.

Die Vorrichtung der Fig. 1 verfügt über einen Rechner, zum Beispiel ein Microcomputer 1, der mit einem Bildschirm 2 versehen ist. Der Microcomputer 1 ist mit einer Karte 3 ausgestattet, um den Ablauf des Verfahrens zu steuern. Die Karte 3 steuert einen Tieffrequenzgenerator 4, der eine tieffrequente sinusförmige Spannung U mit variabler Amplitude liefert. Diese Spannung U wird an den Eingang eines Hochspannungsverstärkers 5 übertragen, der die verstärkte Spannung US an eine der Polarisationselektroden 10 legt. Die andere Polarisationselektrode 11 wird auf das Massenpotential Null gebracht. Ein Analog-Digital-Umsetzer 6 ist vorzugsweise auf der Leitung angeordnet, welche die zweite Elektrode 11 mit der Masse verbindet, um den Strom IS zu messen, der als Reaktion auf das Anlegen der variablen Spannung US durch den ferroelektrischen Stoff fliesst. Es wäre selbstverständlich auch möglich, die Strommessung über die erste Elektrode vorzunehmen. Da diese jedoch auf ein hohes Potential gebracht worden ist, würde eine solche Messung zu technologischen Schwierigkeiten führen. Jedes Verfahren, das dem Fachmann bekannt ist, eignet sich für die Durchführung der Messung, wobei aber das besagte Verfahren so zu wählen ist, dass es den zu messenden Strom nicht stört. Das Messergebnis wird auf die Karte 3 in Form eines Spannungssignals UIS übertragen, das proportional zu dem Strom IS ist. Die Karte 3 erhält ausserdem das Spannungssignal U, das proportional zu der angelegten Spannung US ist. Die Karte 3 enthält zudem Strom-Spannungs-Wandler (in der Figur nicht dargestellt) zur Umformung der Spannungssignale U und UIS in digitale Signale, die für die Spannung U und den Strom IS in dem ferroelektrischen Stoff repräsentativ sind. Diese digitalen Signale werden anschliessend von der Karte 3 verarbeitet, um auf dem Bildschirm 2 des Microcomputers Kurven 7 zu produzieren, die für die Signale U und UIS repräsentativ sind.

Die Anordnung der Elektroden 10 und 11 ist aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich. Jede der Elektroden 10 und 11 ist mit einem elektrisch isolierenden Träger verbunden, das heisst mit den Trägern 12 und 15. Jeder der Träger 12 und 15 ist mit einer steifen Isolierplatte 13 und 16 versehen, auf der die Elektrode von langgestreckter Form angebracht ist: 10 und 11. Jeder der beiden Träger 12 und 15 ist ausserdem mit einer Schicht aus dielektrischem Material überzogen, 14 und 17, deren Aussenflächen 14a und 17a in einer Ebene mit den Aussenflächen 10a und 11a der Elektroden 10 und 11 liegen. Die Dicke der Schichten aus dielektrischem Material 14 und 17 ist mindestens doppelt so stark als die Dicke der Folie 19 aus zu polarisierendem Stoff.

Die Elektroden 10 und 11 und ihre Träger 12 und 15 können vorteilhafterweise wie folgt gefertigt werden:

• - die Elektroden 10 und 12 werden auf den steifen Platten 13 und 16 angebracht, beispielsweise durch eine Dickfilmtechnik, um einen gedruckten Schaltkreis zu erhalten;
• - die Aussenflächen 10a und 11a der Elektroden auf dem gedruckten Schaltkreis werden poliert;
• - die Schichten 14 und 17 aus dielektrischem Material werden durch eine Zentrifugaltechnik auf dem gedruckten Schaltkreis angebracht und
• - die Aussenflächen 14a und 17a der Schichten 14 und 17 aus dielektrischem Material werden poliert.

Das dielektrische Material der Schichten 14, 17 kann beispielsweise PVDF in der α-Phase sein (nicht polare Phase, relative Dielektrizitätskonstante: ≈ 12) oder aus den Stoffen bestehen, die bereits als Beispiel angeführt worden sind: PVC, lineare Polyurethane, usw. Bei starken Dicken erfolgt die Verwendung dieses Materials auf der Grundlage der Giesstechnik, während bei geringen Dicken die Zentrifugaltechnik ("spin-coating" entsprechend der angelsächsischen Terminologie) eingesetzt wird. Das zuletzt genannte Verfahren besteht darin, das PVDF in einer Lösung aus Dimethylformamid mit einem prozentualen Anteil von 15% an PVDF kontinuierlich zu verdünnen und auf dem gedruckten Schaltkreis eine ausreichende Menge von erhaltenem flüssigen Gemisch aufzutragen, um somit den gedruckten Schaltkreis vollständig zu bedecken, und das Ganze auf eine Zentrifuge zu bringen, die zunächst während einer Zeitspanne von mehreren Sekunden mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 4000 Umdrehungen pro Minute und anschliessend während der Dauer einer Sekunde mit einer Geschwindigkeit von 5000 bis 6000 Umdrehungen pro Minute auf das Gesamtprodukt einwirkt, um den Lösungsüberschuss am Rande zu eliminieren. Die somit erzielte Schicht hat eine Dicke von 2 bis 4 µ. Das Gesamtprodukt wird anschliessend während einer Zeitdauer von 24 Stunden im Wärmeofen bei einer Temperatur von 150° getrocknet.

Als weitere Ausführungsart der Elektrodenträger kann auch ein Träger hergestellt werden, der eine gleichmässige Schicht aus dielektrischem Material, beispielsweise PVDF, aufweist und bei dem die leitfähigen Partikel in einem Teil dieser Schicht eingebettet sind, um somit die Elektrode zu bilden.

Es ist ebenfalls möglich, eine Elektrode innerhalb des PVDF anzuordnen, wobei die Elektrode im PVDF durch ein klassisches Giessverfahren unter Überschreitung der Schmelztemperatur dieses Materials (175°) komprimiert wird, zum Beispiel bei 190°.

Um den ferroelektrischen Stoff zu polarisieren, werden die Elektroden 10 und 11 an den gegenüberliegenden Flächen 20 und 21 der Folie 19 aus ferroelektrischem Material so angebracht, dass sie im wesentlichen senkrecht zueinander eingebettet sind, wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist. Weitere Ausführungsarten sind möglich: die Elektroden können beispielsweise eine kreisrunde Form aufweisen oder ringförmig sein und so angebracht werden, dass sie einander gegenüberliegen. Der zu polarisierende Teilabschnitt 22 erstreckt sich in den Zwischenraum, der die beiden Elektroden 10 und 11 voneinander trennt. Jeder der beiden Trägerisolatoren 12 und 15 weist eine Oberfläche auf, deren Abmessungen grösser sind als diejenigen des auf der Folie 19 aus ferroelektrischem Stoff zu polarisierenden Teilabschnittes 22, so dass durch das Anlegen eines Druckes an den Trägern 12 und 15 der zu polarisierende Teilabschnitt 2 und ein Teil der Folie 19, der diesen Abschnitt umgibt, homogen komprimiert werden können. Die angelegten Drücke können in Abhängigkeit von den in Frage kommenden Materialien vorzugsweise hohe Werte erreichen und zum Beispiel in einem Druckbereich zwischen 50 und 200 MPa liegen.

Sobald die Folie 19 komprimiert ist, steuert die Karte 3 den Generator 4 an, damit dieser eine Spannung U von sehr tiefer Frequenz (in der Grössenordnung von einigen hundert Hertz) und mit einer Amplitude abgibt, die langsam ansteigt, bis sie nach erfolgter Verstärkung durch den Verstärker 5 einen Wert erreicht, der für das Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden 10 und 11 geeignet ist, wobei der Wert des elektrischen Feldes über dem Wert des Koerzitivfeldes des zu polarisierenden ferroelektrischen Stoffes liegt. Während dieser Zeitspanne werden die Signale U und UIS, welche die Spannung US und den Strom IS in dem zu polarisierenden Teilgebiet 22 anzeigen, verarbeitet, um die resistive Komponente IR und die kapazitive Komponente IC des Stromes IS herauszuziehen. Die resistive Komponente IR wird entsprechend der Formel IR = US/R berechnet, in der mit R der bekannte Innenwiderstand des ferroelektrischen Stoffes bezeichnet wird. Die kapazitive Komponente IC wird entsprechend der Formel IC = ε(dUS/dt) berechnet, in der mit ε die bekannte Dielektrizitätskonstante des ferroelektrischen Stoffes bezeichnet wird, während das Verhältnis (dUS/dt) die Ableitung nach der Zeit der verstärkten Spannung US angibt. Nach Substraktion der Komponenten IR und IC bleibt die Polarisationskomponente IP = IS - IR - IC = (dP/dt) übrig. Diese Komponente ist gleich der Ableitung nach der Zeit der Polarisation P in dem ferroelektrischen Material.

Bei dem Ablauf des Verfahrens wird der von der angelegten Spannung US abhängige Verlauf der Polarisationskomponenten IP auf dem Bildschirm 2 des Mikrocomputers 1 in Form einer Hystereseschleife 30 (Fig. 4) angezeigt, die zwei, den Ausgangspunkt umgebende symmetrische Peaks aufweist. Der Wert der Polarisation P wird durch Integration des Stromes IP berechnet und sein von US abhängiger Verlauf wird ebenfalls in Form einer Hystereseschleife 31 auf dem Bildschirm 2 angezeigt. Die Anzeige der Zyklen 30, 31 bietet eine Gewähr dafür, dass diese Zyklen am Ende des Verfahrensablaufes stabil geworden sind. Wird die Spannung US abgeschaltete verbleibt in dem Teilgebiet 22 der Folie 19 eine remanente Polarisation PR, wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist. Nach dem Ablauf des Versuches ist festgestellt worden, dass bei dem ein- und demselben Material bei gleichem Spannungspiegel die maximalen Werte von IP im Falle der polarisierten Elemente identisch sind: dies bedeutet, dass das erfindungsgemässe Verfahren eine gute Garantie für die Reproduzierbarkeit der angestrebten Wirkung bietet.

Das vorgenannte Verfahren kann für die Fertigung von piezoelektrischen oder pyroelektrischen Aufnehmern beziehungsweise Gebern verwendet werden. Nachdem die Elektrodenträger 12, 15 von der Folie 19 entfernt worden sind, werden Messelektroden auf den beiden gegenüberliegenden Flächen 20, 21 der Folie so angeordnet, dass diese vorher angebrachten Messelektroden den polarisierten Teilabschnitt 22 bedecken. Die Messelektroden können in einer kompakten Struktur angeordnet werden, zum Beispiel übereinander, um somit einen Aufnehmer beziehungsweise Geber von kleinen Abmessungen zu erhalten, während im Falle der früher verwendeten Verfahren, bei denen die Messelektroden ebenfalls für das Polarisieren eingesetzt wurden, die Elektroden durch einen verhältnismässig breiten Zwischenraum voneinander getrennt waren.

Die schematischen Darstellungen in den Fig. 5 und 6 zeigen zwei Anordnungsarten von Aufnehmern beziehungsweise Gebern. Die eine Anordnungsart (Fig. 5) betrifft einen Aufnehmer beziehungsweise Geber, der nach dem bekannten Stand der Technik gefertigt worden ist, während die andere Ausführungsart (Fig. 6) ein Geber ist, der auf der Grundlage der in dieser Erfindung gewonnenen Erkenntnisse hergestellt wurde.

Die beiden Geber sind mit einem Träger 19 aus einem der vorgenannten ferroelektrischen Materialien ausgestattet.

Der in Fig. 5 dargestellte und nach dem bekannten Stand der Technik gefertigte Geber ist mit einem Satz von Elektroden versehen, die auf beiden Seiten des Trägers 19 angebracht sind. Diese Elektroden weisen einen Überlagerungsbereich 102 (gestrichelt in Fig. 5 dargestellt) oder aktiven Bereich sowie Langgestreckte Zonen 100 und 101 auf, die als Kontaktanschlüsse C₁ und C₂ dienen. Die Elektroden wurden für die Polarisierung des Materials des Trägers 19 verwendet und der Abstand e zwischen den Projektionen dieser Elektroden in eine Ebene, die parallel zu dem Träger 19 verläuft, muss demzufolge ausreichend sein, um die anfangs beschriebenen Störeffekte zu vermeiden.

Der auf der Grundlage des erfindungsgemässen Verfahrens hergestellte und in Fig. 6 dargestellte Geber weist zwar wie bei dem in Fig. 5 gezeigten Geber einen Überlagerungsbereich 202 oder aktiven Bereich (gestrichelt in Fig. 6 dargestellt) auf, wobei aber, im Gegensatz zu dem in Fig. 5 gezeigten Geber, der Abstand e' zwischen den als Kontaktanschlüssen C'₁ und C'₂ dienenden langgestreckten Zonen 201 und 202 auf ein Mindestmass reduziert werden kann, das heisst der Abstand e' kann gleich Null sein. Entsprechend einem der wesentlichen Merkmale des erfindungsgemässen Verfahrens werden nämlich die Messelektroden nach der in dem Überlagerungsbereich 202 erfolgten Polarisierungsphase des Materials gefertigt.

Als nicht begrenzendes Beispiel kann diese Geberart als Stossdruckaufnehmer eingesetzt werden. Die Anordnung dieses Aufnehmers, wie aus Fig. 6 ersichtlich, ermöglicht den Erhalt einer minimalen induktiven Kopplung. Messungen haben ergeben, dass der induktive Widerstand eines Aufnehmers, wie er in Fig. 6 dargestellt ist, fünfzig bis achtzig Mal geringer ist als der induktive Widerstand eines gleichwertigen, aber nach dem bekannten Stand der Technik gefertigten und in Fig. 5 gezeigten Aufnehmers.

Hieraus geht offensichtlich hervor, dass der auf diese Art und Weise hergestellte Stossdruckaufnehmer leistungsfähiger ist als ein klassischer Aufnehmer.

Das zu polarisierende Teilgebiet 22 kann eine grosse Ausdehnung aufweisen. Seine Abmessungen können aber vor allem vorteilhafterweise klein sein und zum Beispiel unter einem Wert von 1 mm liegen. In diesem Falle sollte die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Stoffes der Schichten 14 und 17 vorzugsweise mindestens die gleiche Grössenordnung aufweisen wie diejenige des ferroelektrischen Materials, aus dem die Folie 19 gefertigt ist, um den Einfluss der Randeffekte auf die Strommessungen zu reduzieren. Im besonderen ist es praktisch, die Stoffe der Schichten 14 und 17 sowie der Folie 19 aus einem gleichen Element anzufertigen, wie zum Beispiel dem PVDF. Das PVDF ist in diesem Falle in der nicht polaren Phase α in den Schichten 14 und 17 und in der polaren Phase β (ferroelektrisch) in der Folie 19, enthalten.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist von dem Antragsteller geprüft worden, im besonderen anhand des Beispiels einer Folie aus PVDF in der Phase β mit einer Dicke von 26 µm und einer polarisierten Zone mit den Abmessungen 0,53 mm × 0,57 mm (Flächenraum: 0,003 cm²). Das Koerzitivfeld innerhalb dieses Stoffes entsprach einer Spannung USC von ungefähr 2,2 kV, so dass zwischen den Elektroden 10 und 11 zunächst eine sinusförmige Spannung US der Frequenz 0,04 Hz angelegt wurde deren Amplitude während einer Zeitspanne von 55 Minuten von 0 auf 3 kV gesteigert wurde. Anschliessend wurde eine sinusförmige Spannung US der Frequenz 0,02 Hz angelegt, deren Amplitude in einem Zeitraum von 95 Minuten von 3 auf 5 kV anstieg. Am Ende dieser Polarisierungsphase wurden bei der Höchstamplitude UMAX = 5 kV der Spannung US Hystereseschleifen 30 und 31 beobachtet, wie sie in der Fig. 4 dargestellt sind, wobei der maximale Polarisationsstrom IMAX ungefähr 0,0138 µA erreichte. Die remanente Polarisation PR wurde so gewählt, dass sie eine Grössenordnung von 6,7 µC/cm² aufwies. Der piezoelektrische Koeffizient d₃₃ erreichte annähernd 15 pC/N.

Ausserdem wurde überraschenderweise beobachtet, dass es mit dieser Vorrichtung möglich war, grosse Flächen von ferroelektrischen Polymeren zu polarisieren, wobei unerwarteterweise die auf die Randeffekte zurückzuführenden Durchschläge reduziert werden konnten.

Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf besondere Ausführungsbeispiele beschrieben wurde ist sie nicht auf die Ausführungsarten beschränkt, an denen verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

So können anstelle der Polymere vor allem Copolymere als Stoffe für den zu polarisierenden Träger verwendet werden. Als nicht beschränkendes Beispiel kann in diesem Zusammenhang zum Beispiel das VF₂/VF₃ angeführt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Polarisieren von mindestens einem Teilgebiet (22) einer Folie (19) aus ferroelektrischem Stoff, bei dem die Elektroden (10, 11) auf zwei gegenüberliegenden Flächen (20, 21) der Folie (19) so angebracht werden, dass sich das zu polarisierende Teilgebiet (22) bis in den Zwischenraum zwischen diesen beiden Elektroden (10, 11) erstreckt, wobei das zu polarisierende Teilgebiet (22) komprimiert und eine variable Spannung zwischen den Elektroden (10, 12) angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Elektroden (10, 11) mit jeweils einem Trägerisolator (12, 15) verbunden ist, dessen Oberfläche grösser ist als diejenige des auf der Folie (19) aus ferroelektrischem Stoff zu polarisierenden Teilgebietes (22), wobei der Trägerisolator (12, 15) auf beiden Seiten der Elektrode (10, 11) mit einer Schicht (14, 17) aus dielektrischem Material überzogen ist, deren Dicke mindestens doppelt so stark ist als diejenige der Folie (19) aus zu polarisierendem Stoff und dessen Aussenfläche (14a, 17a) in einer Ebene mit der Aussenfläche (10a, 11a) der Elektrode (10, 11) liegt.

2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials mindestens den gleichen Wert hat wie diejenige des ferroelektrischen Stoffes.

3. Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material und der ferroelektrische Stoff aus dem gleichen Element hergestellt werden, wobei das dielektrische Material aus einer nicht polaren Phase dieses Elementes besteht.

4. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Trägerisolator (12, 15) mit einer steifen Platte (13, 16) versehen ist, die eine gedruckte Schaltung mit einer auf dieser Platte (13, 16) angebrachten Elektrode (10, 11) bildet.

5. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode auf einem Träger, überzogen mit einer Schicht aus dielektrischem Material, angebracht wird, wobei leitfähige Partikel in einem Teilgebiet der Schicht aus dielektrischem Material eingebettet werden.

6. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerisolatoren (12, 15) mit den Elektroden (10, 11) die Folie (19) aus ferroelektrischem Stoff in einem Druckbereich komprimieren, der zwischen 50 MPa und 200 MPa liegt.

7. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (10, 11) eine langgestreckte Form aufweisen und an den gegenüberliegenden Flächen (20, 21) der Folie (19) so befestigt werden, dass sie im wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind.

8. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der ferroelektrische Stoff (19) ein Polymer ist.

9. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der ferroelektrische Stoff (19) ein Copolymer ist.

10. Verwendung eines Verfahrens, bei dem bei einer Folie (19) aus ferroelektrischem Stoff, die mindestens einen polarisierten Teilabschnitt (22) aufweist eine Zone (22) der Fo­ lie (19) aus ferroelektrischem Stoff unter der Verwendung eines der den Ansprüchen 1 bis 9 entsprechenden Verfahrens polarisiert wird, zur Herstellung eines polarisierten Elementes für piezoelektrische oder pyroelektrische Aufnehmer beziehungsweise Geber, wobei an­ schließend Messelektroden an den beiden gegenüberliegenden Flächen der Folie (19) ange­ bracht werden, und wobei diese Messelektroden den polarisierten Bereich (22) abdecken.