Aging and fatigue of ferroelectrets: combined experimental and theoretical study

铁电驻极体的老化和疲劳:实验与理论相结合的研究

基本信息

项目摘要

The objective is a combined experimental and theoretical study on the stability of the electromechanical properties of porous ferroelectrets. In particular, three different mechanisms which play influential roles in aging and fatigue of the ferroelectrets will be revealed. Firstly, the viscoelastic effect appears in both the porous polymer and the blocking bulk polymer. It leads to time- and temperature-dependent mechanical behavior of the material and thus influences the electromechanical properties of the ferroelectrets. To characterize the viscoelastic behavior uncharged ferroelectrets with different microstructure at different temperatures will first be experimentally and numerically studied. The gained knowledge will be then passed on to the study of charged ferroelectrets. Secondly, the interface charge decays with time due to the conductive relaxation of the porous polymer, i.e. the diffusion/drifting of charge carriers through the dielectric media. This conduction-induced discharge behavior is also temperature dependent. Since the interface charge is essential for the piezoelectric effect of ferroelectrets, the conduction-induced discharge plays an important role in the stability of their electromechanical property. Experimental investigations and theoretical model to take this discharge into account are planned. Thirdly, the interface charge can also change during the mechanically loading, when the electric field reaches the electric breakdown field due to configuration change. This breakdown-induced discharge is more likely to happen when the interface is charged on a high level and/or the mechanical loading is large. These three effects will be investigated in the present project through combined experimental and theoretical studies, results of which should guide the design of long-term and electromechanically stable ferroelectrets.
目的是对多孔铁电驻极体机电性能的稳定性进行实验和理论相结合的研究。特别是,将揭示在铁电驻极体的老化和疲劳中发挥重要作用的三种不同机制。首先,粘弹性效应出现在多孔聚合物和嵌段本体聚合物中。它导致材料的机械行为依赖于时间和温度,从而影响铁电驻极体的机电性能。为了表征不同温度下具有不同微观结构的不带电铁电驻极体的粘弹性行为,首先将进行实验和数值研究。获得的知识将被用于带电铁电驻极体的研究。其次,由于多孔聚合物的导电弛豫,即电荷载流子通过介电介质的扩散/漂移,界面电荷随时间衰减。这种传导引起的放电行为也与温度有关。由于界面电荷对于铁电驻极体的压电效应至关重要,因此传导诱导放电对其机电性能的稳定性起着重要作用。计划进行实验研究和理论模型以考虑这种排放。 第三,当电场由于配置变化而达到电击穿场时,界面电荷也会在机械加载过程中发生变化。当界面带电较高和/或机械负载较大时,更可能发生这种击穿引起的放电。本项目将通过实验和理论相结合的研究来研究这三种效应,其结果应指导长期且机电稳定的铁电驻极体的设计。

项目成果

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Tubular fluoropolymer arrays with high piezoelectric response
具有高压响应的管状含氟聚合物阵列
  • DOI:
    10.1088/1361-665x/aa9a63
  • 发表时间:
    2024-09-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    S. Zhukov;Dagmar Eder;Corinna Biethan;S. Fedosov;Bai;H. von Seggern
  • 通讯作者:
    H. von Seggern
Effect of degree of crystallographic texture on ferro- and piezoelectric properties of Ba0.85Ca0.15TiO3 piezoceramics
晶体织构程度对Ba0.85Ca0.15TiO3压电陶瓷铁电性能和压电性能的影响
  • DOI:
    10.1111/jace.14749
  • 发表时间:
    2017-05-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    J. Schultheiß;O. Clemens;S. Zhukov;H. Seggern;W. Sakamoto;J. Koruza
  • 通讯作者:
    J. Koruza
Analytical prediction of the piezoelectric d33 response of fluoropolymer arrays with tubular air channels
具有管状空气通道的含氟聚合物阵列的压电 d33 响应的分析预测
  • DOI:
    10.1038/s41598-018-22918-1
  • 发表时间:
    2018-03-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zhukov S;Eder-Goy D;Fedosov S;Xu BX;von Seggern H
  • 通讯作者:
    von Seggern H
Polarization-switching dynamics in bulk ferroelectrics with isometric and oriented anisometric pores
具有等轴和定向不等轴孔的块状铁电体的偏振切换动力学
  • DOI:
    10.1088/1361-6463/aa519c
  • 发表时间:
    2017-02-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    R. Khachaturyan;S. Zhukov;Jan Schultheiß;Carmen Galassi;C. Reimuth;J. Koruza;H. Seggern;Y. Genenko
  • 通讯作者:
    Y. Genenko
Dynamic pull-in instability of a prestretched viscous dielectric elastomer under electric loading
电加载下预拉伸粘性介电弹性体的动态拉入不稳定性
  • DOI:
    10.1007/s00707-017-1930-4
  • 发表时间:
    2017-08-16
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Dagmar Eder;Ying Zhao;Bai
  • 通讯作者:
    Bai
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