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  5. Highly Efficient Piezoelectrets through Ultra-Soft Elastomeric Spacers
 
  • Details
2022
Zweitveröffentlichung
Artikel
Verlagsversion

Highly Efficient Piezoelectrets through Ultra-Soft Elastomeric Spacers

File(s)
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Hauptpublikation
polymers-13-03751-v2.pdf
CC BY 4.0 International
Format: Adobe PDF
Size: 2.18 MB
TUDa URI
tuda/7758
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-199691
DOI
10.26083/tuprints-00019969
Autor:innen
Seggern, Heinz von
Zhukov, Sergey ORCID 0000-0001-8353-1795
Ben Dali, Omar ORCID 0000-0002-7318-3974
Hartmann, Claas ORCID 0000-0002-2501-8691
Sessler, Gerhard M.
Kupnik, Mario ORCID 0000-0003-2287-4481
Kurzbeschreibung (Abstract)

Piezoelectrets are artificial ferroelectrics that are produced from non-polar air-filled porous polymers by symmetry breaking through high-voltage-induced Paschen breakdown in air. A new strategy for three-layer polymer sandwiches is introduced by separating the electrical from the mechanical response. A 3D-printed grid of periodically spaced thermoplastic polyurethane (TPU) spacers and air channels was sandwiched between two thin fluoroethylene propylene (FEP) films. After corona charging, the air-filled sections acted as electroactive elements, while the ultra-soft TPU sections determined the mechanical stiffness. Due to the ultra-soft TPU sections, very high quasi-static (22,000 pC N⁻¹) and dynamic (7500 pC N⁻¹) d₃₃ coefficients were achieved. The isothermal stability of the d₃₃ coefficients showed a strong dependence on poling temperature. Furthermore, the thermally stimulated discharge currents revealed well-known instability of positive charge carriers in FEP, thereby offering the possibility of stabilization by high-temperature poling. The dependences of the dynamic d₃₃ coefficient on seismic mass and acceleration showed high coefficients, even at accelerations approaching that of gravity. An advanced analytical model rationalizes the magnitude of the obtained quasi-static d₃₃ coefficients of the suggested structure indicating a potential for further optimization.

Freie Schlagworte

ferroelectret

piezoelectret

fluoropolymer

elastomer

FEP

TPU

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Elektronische Materialeigenschaften
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Mess- und Sensortechnik
DDC
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Polymers
Jahrgang der Zeitschrift
13
Heftnummer der Zeitschrift
21
ISSN
2073-4360
Verlag
MDPI
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2022
Verlags-DOI
10.3390/polym13213751
PPN
505649217

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