Este trabalho descreve dois novos aprimoramentos dos processos para a produção dos eletretos termo-formados, cuja tecnologia é prioritariamente voltada para sensores piezelétricos. Estes sensores constituem-se de dois filmes de Teflon FEP unidos, contendo entre suas interfaces microbolhas com as superfícies superior e inferior carregadas eletricamente com polaridades opostas, formando grandes dipolos. Esta estrutura permite a alteração dos momentos de dipolo quando solicitada mecânica e eletricamente - o que confere a estrutura uma excelente atividade piezelétrica, com coeficientes piezelétricos atingindo valores superiores a 300 pC/N. No estágio atual, o processo para produção desses sensores é artesanal e produz, geralmente, amostras com deformações em suas bolhas. Contudo, os novos aprimoramentos, aqui apresentados, suprem as deficiências aludidas e possibilitam um maior controle da distribuição, altura e diâmetro das bolhas de ar. Os aprimoramentos do processo foram denominados laminação a quente e adesivo a frio. Basicamente, estes dois processos consistem em quatro etapas: a moldagem do filme de uma das camadas do sensor; a colagem das duas camadas de filmes de sensor; a metalização das superfícies do sensor e o carregamento elétrico, sendo a colagem o ponto crucial e diferente nos dois processos. Ressalta-se que suas principais contribuições relativas aos processos existentes foram a moldagem prévia do filme de uma das camadas e esses novos processos de colagem. Assim, estes aprimoramentos têm permitido um melhor controle das dimensões das bolhas e facilitado sobremaneira sua implementação em escala industrial. Desta forma, vislumbra-se um aumento significativo de aplicações comerciais desses sensores, a exemplo dos sensores de presença, teclados finos, balanças dinâmicas e sensores de pressão. Também como contribuição deste trabalho, coloca-se a implementação do sistema de medidas do coeficiente piezelétrico. / This work describes two improvements on the production of piezoelectric sensors, which are based on thermo-formed electrets technology. These sensors which were previously prepared by fusing and molding two Teflon FEP films into bubbles structures in a hot-press system, presented piezoelectric coefficients over 300 pC/N after properly electrical charging. However, this production system still presents many technical challenges, most of them concerning the bubble formation. With the improvements, called hot lamination and cold adhesive, a much better control of the distribution, height and diameter of the air bubbles could be obtained. These improvements process can be described into four main stages: the molding of one film; the sticking process of the two films; the metallization of their surfaces followed by electric charging. The sticking processes and the previous molding of the film are crucial and the great contribution of this work. With these contributions not only better sensor could be made but it also facilitated the industrial scale implementation of the sensors. Another expressive contribution of this work was the development of a system to measure the piezoelectric coefficient.

Neste trabalho realizamos uma série de medidas de correntes elétricas através de amostras de polímeros isolantes submetidos a radiação por feixe eletrônico, amostras essas inserida em um circuito em modo de corrente. A energia do feixe incidente foi sempre tal que não atravessava totalmente a amostra, depositando em seu interior excesso de carga negativa. A polaridade dessa carga foi determinada pela curva de emissão secundária. Como a energia do feixe foi sempre muito superior à energia EII (abaixo dessa energia o número de elétrons injetados pelo feixe é menor que os arrancados para fora da amostra, e acima desse valor o contrário ocorre), as amostras usadas (polifluoretileno-propileno, polietileno de alta densidade e polietileno de baixa densidade) foram carregadas negativamente. Devido à radiação parcialmente penetrante, cada amostra foi dividida em duas regiões distintas: irradiada e não-irradiada. Na região não-irradiada permanece a condutividade intrínseca do material, enquanto na irradiada a condutividade foi muito aumentada devido à geração de portadores secundários pela radiação. As curvas de corrente foram medidas durante e após a irradiação sob diferentes campos elétricos aplicados externamente. Vários modelos teóricos foram aplicados para explicar os resultados de correntes medidas. O mais simples foi o Modelo Caixa, onde a penetração dos primários era um valor fixo r, dividindo a amostra em condutividade induzida g1 de 0 a r, e condutividade intrínseca gi, de r a L, sendo g1 gi (L é a espessura da amostra). O modelo mais sofisticado levou em conta uma região &#916r em torno de r pois considera que o freamento dos elétrons não ocorre todos no mesmo ponto, mas tem uma dispersão em tomo de um ponto r. Por esse motivo a condutividade induzida é dependente da posição, e num caso mais geral depende também do tempo. Durante a irradiação da amostra inserida no circuito de medida, pode ocorrer injeção pelos eletrodos alterando, em determinadas circunstâncias, a polaridade do excesso de carga. Como resultado dos ajustes teórico-experimentais vários parâmetros elétricos dos materiais foram obtidos. / This work presents several electric current measurements in dieletric polymers under irradiation by electron beam. The samples were irradiated in a current mode circuit. The energy of the beam provided a negative charge profile charge in the bulk o the sample. The polarity of the deposited charge was determined by a secundary emission curve. Since the energy of the beam was always bigger tham EII (which defines the balance between the injected electrons and the emitted ones; below EII the sample became positively charged, while above it is negatively charged) the samples (polyethylene propylene, high density polyethylene and low density polyethylene) were always negatively charged. Each irradiated sample was divided in two regions: the irradiated region and the non-irradiated one. Due to the secondary generated carries, the condutivity of the irradiated region gi was orders of magnitude higher than the intrinsic condutivity g1. The eletric currents were measured during and after the irradiation, under different external electric fields. Several theoretical models were used to explain the experimental results. The simplest one, the box models, considers the induced condutivity gb from 0 to r, and the intrinsic condutivity gi from r to L (L being the sample thickeness). The more sophisticated model, on the other hand, considers a range value &#916r around the point r. It means that the stopping power is not abruptly but rather is distributed in a region &#916r around the point r. For this reason the induced conductivity depends on the position, and in a more general framework, also in time. During the irradiation, carriers are injected to the sample by the electrodes, and in certain conditions the excess of charge has its polarity inverted. From the theoretical-experimental fittings important electrical parametes of the materials were obtained.

O desenvolvimento de piezoeletretos, com estruturas de bolhas pré-moldadas, pelo Grupo de Alta Tensão e Materiais (GATM) da Universidade de São Paulo, abriu novas oportunidades para pesquisas relacionadas com o aprisionamento de cargas elétricas, isto por serem as cargas aprisionadas nas superfícies das bolhas as principais responsáveis pelo desempenho dos piezoeletretos. Logo o objetivo deste trabalho é estudar a influência de alguns fatores externos no aprisionamento de cargas na superfície dos polímeros. E para explorar fatores como temperatura e ação de reagentes químicos utilizados na limpeza dos filmes, foi desenvolvido, baseado no método de sensor capacitivo, um dispositivo capaz de realizar medidas sensíveis de cargas superficiais. Outro objetivo foi a implementação de uma metodologia que permita realizar medidas de forma repetitiva e segura. Por ser o material utilizado no preparo dos piezoeletretos do grupo, o principal polímero estudado neste trabalho foi o Teflon® FEP embora o dispositivo desenvolvido permita as medidas de qualquer material polimérico. / The development of new piezoelectrets with bubbles structures by the High- Voltage and Materials Group (GATM) at University of São Paulo, create new opportunities to investigate external parameters that can affect the charge storage in polymer surfaces, since the efficiency of this piezoelectrets depends on the density of charges trapped on the internal surface of the bubbles. Now the aim of this work is to study the influence of a few external factors on the charges trapped over the polymer surface. To explore factors like temperature, chemical reaction due the sample cleaning, a sensitive charge measurement device based on the capacitor probe method is going to be implemented together with a methodology that allow reproducibility of the measurements. The polymer that is going to be investigated in this work is the Teflon® FEP, the same material used in the preparation of the piezoelectrets by the group. Nevertheless, this research can be extended to order polymeric materials.

O desenvolvimento de piezoeletretos, com estruturas de bolhas pré-moldadas, pelo Grupo de Alta Tensão e Materiais (GATM) da Universidade de São Paulo, abriu novas oportunidades para pesquisas relacionadas com o aprisionamento de cargas elétricas, isto por serem as cargas aprisionadas nas superfícies das bolhas as principais responsáveis pelo desempenho dos piezoeletretos. Logo o objetivo deste trabalho é estudar a influência de alguns fatores externos no aprisionamento de cargas na superfície dos polímeros. E para explorar fatores como temperatura e ação de reagentes químicos utilizados na limpeza dos filmes, foi desenvolvido, baseado no método de sensor capacitivo, um dispositivo capaz de realizar medidas sensíveis de cargas superficiais. Outro objetivo foi a implementação de uma metodologia que permita realizar medidas de forma repetitiva e segura. Por ser o material utilizado no preparo dos piezoeletretos do grupo, o principal polímero estudado neste trabalho foi o Teflon® FEP embora o dispositivo desenvolvido permita as medidas de qualquer material polimérico. / The development of new piezoelectrets with bubbles structures by the High- Voltage and Materials Group (GATM) at University of São Paulo, create new opportunities to investigate external parameters that can affect the charge storage in polymer surfaces, since the efficiency of this piezoelectrets depends on the density of charges trapped on the internal surface of the bubbles. Now the aim of this work is to study the influence of a few external factors on the charges trapped over the polymer surface. To explore factors like temperature, chemical reaction due the sample cleaning, a sensitive charge measurement device based on the capacitor probe method is going to be implemented together with a methodology that allow reproducibility of the measurements. The polymer that is going to be investigated in this work is the Teflon® FEP, the same material used in the preparation of the piezoelectrets by the group. Nevertheless, this research can be extended to order polymeric materials.