Brevet FR2007144A1 — publié le 19700102

- 1 - 2007144 L'invention concerne un diélectrique polarisé et un procédé de fabrication d'un électret de ce genre, et plus particulièrement un électret de polypropylène pour des appareils de conversion électromécaniques, 5 II. est bien connu dans la technique qu®on peut utiliser un matériau diélectrique polarisé de façon permanente, appelé communément un électret,, comme source de puissance de pola 35 La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients. Elle concerne, à cet effet, un diélectrique polarisé en permanence, en particulier électret.utilisé comme source de puissance de polarisation pour des appareils électromécaniques, caractérisé par ce qu'il comporte une couche de 40 polypropylène à molécule élevée présentant une grande résistivité, 69 13470 2 2007:144 la couche de polypropylène étant polarisée électrostatiquement en permanence, ce qui permet d'obtenir un électret possédant une charge superficielle stable durant une longue période de temps sans être affecté par l'humidité» 5 Suivant un autre mode de réalisation de l'inventions, 1* électret comportant une couche de prolypopylène à molécule élevée non polaire et avec une température de transition secondaire d'environ «=• 35 °C possède une pellicule d8aluminium ou de palladium vaporisée sur une surface au moins de la couche „ 10 Le polypropylène ne possède pas de radical dipôle^ia une résistivité élevée sans migration ioniqueg de. sorte que dans 13électret de l'invention la diminution de la charge superficiellé résultant du champ éledtrique interne est faible„ et en outre9 puisque le polypropylène n!a pratiquement aucun pouvoir 15 hygroscopique, la diminution de la charge superficielle est faible, l'électret de l'invention peut ainsi être utilisé pendant une longue période. L'invention s'étend également aux caractéristiques résultant de la description ci-après qui se rapporte à un 20 exemple de réalisation représenté au dessin,, dans lequel s — la figure 1 est un diagramme schématique montrant en section transversale un exemple d'un procédé de fabrication d'un électret pour les appareils de conversion suivant la présente invention, 25 - la figure 2 est "une courbe montrant des changements de la densité de charge superficielle de Ie électrode en fonction du temps, ~ la figure 3 est unë courbe montrant la relation entre la tension et la densité de la charge superficielle 30 de l'électreto - la figure "4 est une courbe montrant la relation entre là température et la densité de la charge superficielle de 1'électret, "Dans la figure 1 s on représente un. procédé 35 cle fabrication d'un électret conforme à un exemple de 1! invention,, dans lequel une couche relativement mince de diélectrique à molécule élevée de polypropylène est intercalée entre deux électrodes métalliquesp la struture résultante étant placée dans une atmosphère maintenue à la température de 65°C à 120°CP une tension 40 de 50 Y à 600 Y étant appliquée aux électrodes métalliquesP de t 69 13470 façon à fournir un électret pour les appareils de conversion» Il sera donné s tout d5 abord D une description en liaison avec un exemple de réalisation de l'invention appliqué à une membrane de microphone électrostatique. 5 la première phase consiste à préparer la couche de polypropylène 2S qui a une orientation binaire et qui possède une épaisseur de 15 microns. La phase suivante consiste à revêtir une électrode d'aluminium 3 sur une surface de la couche 2 au moyen d'une vaporisation sous vide et l'assemblage résultant 10 est polarisée Dans ce casp l'adhésion de l'électrode à la couche de polypropylène 2 est faibleg et on désire donc que le matériau de 1'«électrode soit excellent comme adhésion et ne soit pas détérioré par le gaz dans l'air. On a constaté expérimentalement que l'aluminiumy le palladium, l'argent et un alliage d'argent et d'or 15 produisent une excellente adhésions mais étant donné que l'argent et l'alliage d'argent et d'or sont chimiquement attaqués par les gaz de l'airp tels que le sulfure d'hydrogène9 etc., = »p l'aluminium et le palladium conviennent le mieux à ce but dans l'utilisation pratique. 20 A la suite de la polarisation de la couche de polypropylène 2 sur laquelle est déposée l'électrode d'aluminium 3f la couche 2 est intercalée entre des plaques d'électrodes métalliques 4a et 4b et l'assemblage résultant est immergé dans un thermostat 5* 25 Le thermostat 5 est maintenu à une température de 90°C et une tension de courant continu est appliquée entre les plaques d'électrodes 4a et 4b„ la couche intercalée 3 étant maintenue dans ces conditions pendant deux heures? et soumise ensuite à un refroidissement à la température ambiante pendant 30 minutes en 30 étant exposée au champ électrique» Ainsi qu'il est indiqué par la courbe 6 dans la figure 2B„ la densité de la charge superficielle de 13électret ainsi produit subit moins de changement dans l'air et dure de façon stable pendant une période plus longue en comparaison avec 35 celle de 1'électret classique formé de térephthalate de polyéthylère (indiqué par une courbe 1 dans la figure 2A)« Généralemento la charge de 19électret consiste en charge hétérogène et charge homogène et la charge superficielle apparaît en termes de la différence entre l'hétérocharge et l'homo-40 charge. Le polypropylène utilisé dans cette invention est une 69 13470 molécule élevée non polaire et sa température de transition secondaire est de - 35 °C et le mouvement de la chaîne moléculaire n'est pas gelé à la température ambiante. En conséquence„ dans la fabrication de l1électret 1*hétérocharge n'est pas produite en raison 5 de l'orientation du radical dipôle9 mais on produit à la place l'homocharge par des ions qui sont cédés par la tension appliquée aux électrodes 4a et 4b et par la décharge entre la surface de la couche 2 et l'électrode 4b qui provient des charges de la charge emmagasinée sur la surface de la couche lorsqu'on détache l'élec-10 trode 4b de la surface de la couche. Cependant, le pouvoir hydros-copique du polypropylène est inférieur à 0„005 % et sa résistivité s'élève à 6 x 10^cm/de sorte que la diminution de la charge superficielle ne se produit que difficilement t ce qui semble entraîner la suppression des variations de la densité de la charge 15 superficielle en fonction du temps9 comme décrit précédemment. Dans 1'électret classique de térephthalate de polyéthylène il se produisaitcles jours humidesp une diminution importante de la densité de la charge superficielle indiquée dans la figure 2A. Ceci résulte du fait que le térephthalate de polyé-20 thylène possède un pouvoir hygroscopique de 0P8 % et une résistivité de 2 x 1018JLcm et que ces facteurs sont inférieurs à ceux du polypropylène• Dans la figure 3* une courbe 7 indique la relation entre la tension appliquée aux plaques d'électrodes 4a et 25 4b et la densité de la charge superficielle de l'électrët mentionné ci-dessus. la courbe 7 est pratiquement en forme de bossep de telle sorte que la densité de la charge superficielle atteint une valeur maximum dans le voisinage d'environ 400 Yr comme indiqué. On a constaté que, lorsque la tension appliquée est inférieure à environ 30 50 Y ou dépasse à peu près 600 Ys la densité de la charge superficielle de 1'électret est trop basse pour être utilisée pour des besoins industriels. En outrep la courbe 8 de la figure 4 indique la relation entre la densité de la charge superficielle de lsélectret 35 et la température variable du thermostat 5 lorsque la tension appliquée aux électrodes 4a et 4b est maintenue à une valeur de 200 Y®-la courbe 8 prend pratiquement une forme de bossec de telle sorte que la densité de la charge superficielle atteint une valeur maximale dans le voisinage d'environ 85°C. On a constaté que des températures 40 inférieures à environ 60°C et supérieures à environ 120°C produisent 69 13470 5 - 2007144 une densité de charge superficielle trop faible sur 1®électret et que des températures supérieures à 120°C ne sont pas préférées du point de vue de la résistance thermique du polypropylène non plus. vention, pour des appareils de conversion tels que microphones électrostatiques, l'épaisseur de la couche de polypropylène doit être déterminée en considération des points suivants» - On désiré" que la couche de polypropylène soit 10 aussi mince que possible pour que la couche réponde facilement comme transmetteur à la force de commande. Cependants une épaisseur trop - faible de la couche produit une résistance mécanique inférieure de la couche et un défaut important entraînant que les deux surfaces de la couche sont électriquement court-circuitées par un trou 15 d'épingle qui peut être produit dans les phases de fabrication. On préfère en conséquencePd'un point de vue pratiquefque 1'épaisseur de la couche soit supérieure à 2 microns9 mais inférieure à 50 microns. Dans ce qui précède les électrodes métalliques 20 4a et 4b sont réalisées séparément de la couche de polypropylène 2„ et on peut former également des électrodes sur les deux surfaces de la couche de polypropylène 2S au moyen d'une vaporisation métalliquet ou analogue. - -• Il est évident qu'on peut effectuer de 25 nombreuses modifications et prévoir d'autres variantes sans pour côla sortir du cadre de l'invention. 5 Lorsqu' on utilise 1'électret suivant l'in- 69 13470 REVENDICATIONS 1°) Diélesctrique polarisé en permanencet en particulier électret,utilisé comme source de puissance de polarisation pour des appareils électromécaniques0 caractérisé par ce 5 qu'il comporte une couche de polypropylène à molécule élevée présentant une grande résistivité, la couche de polypropylène étant polarisée électrostatiquement en permanences, ce qui permet d'obtenir un électret possédant une charge superficielle stable durant une longue période de temps sans être affecté par l'humidité. 10 *2°) Electret suivant la revendication 1s caractérisé par ce que la couche de polypropylène est une couche mince possédant une pellicule d'aluminium ou de palladium vaporisée sur une surface au moins de la couche. • 3°) Electret suivant la revendication 25 15 caractérisé par ce que'la couche de polypropylène a une épaisseur de 2 à 50 microns. 4°) Electret suivant l'a revendication 1 „ caractérisé par ce qu'il -est incorporé dans un "microphone électrostatique. . . • 20 5°) Procédé de fabrication d'un électret suivant la revendication 1, procédé caractérisé par ce qu'une mince couche de diélectrique à molécule élevée de prolypropylène est intercalée entre deux électrodes métalliquesv une tension de 50 à 600 V étant appliquée aux électrodes métalliques dans une atmosphère 25 maintenue à une température de 60°C à 120°0. 6°) Procédé de fabrication dcélectret suivant la revendication 5,dans lequel la couche de diélectrique à molécule élevée de polypropylène a une épaisseur de 2 à 50 microns» 7°) Procédé de fabrication d'un électret 30 suivant la revendication 5pdans lequel de l'aluminium et du palladium s ontvaporiséssur au moins une surface de la couche de diélectrique de polypropylène à molécule élevée.