Interrelation between pyroelectric properties and residual polarization in polyvinylide fluoride intended for making pyroelectric sensors

Pyroelectricity and fractional thermally stimulated depolarization currents (TSDC) were experimentally studied in polyvinylidene fluoride (PVDF) films poled by application of high DC field at room temperature. The obtained polarization is found to be less thermally stable than the correlated compensating charge. It is demonstrated by investigation of the charge balance and the pyroelectric coefficient measured during cooling in a fractional experiment, that trapped polarization-compensating charge is responsible for a partial realignment of polarization during cooling. The polarization and the volume charges in PVDF samples poled by application of a high field at room temperature are not thermally frozen. All processes of their buildup and relaxation are interrelated. If there is any polarization, it is necessarily compensated by trapped charges. The intention of the paper is to investigate in more depth the nature of the residual polarization in PVDF by comparing TSDC during successive heating of the poled samples to higher and higher temperatures (fractional TSDC) with pyroelectric currents obtained during the subsequent cooling the sample in each thermal cycle. It has been found that the poled PVDF samples should be conditioned by heating to 80 oC and cooling down for obtaining the stable pyrocoefficient.
Поляризація та об’ємні заряди у зразках ПВДФ, поляризованих застосуванням сильного поля при кімнатній температурі, не є термічно замороженими. Всі процеси їх зростання і релаксації взаємопов’язані. Якщо поляризація існує, то вона обов’язково компенсується захопленими зарядами. Мета статті полягає в більш глибокому дослідженні природи залишкової поляризації в ПВДФ шляхом порівняння ТСД під час послідовного нагрівання поляризованих зразків до все вищих і вищих температур (фракційна ТСД) з піроелектричними струмами, отриманими під час подальшого охолодження зразка в кожному тепловому циклі. Встановлено, що поляризовані зразки ПВДФ необхідно кондиціонувати шляхом нагрівання до 80 oC та охолодження для отримання стабільного пірокоефіцієнта.

Ключові слова

pyroelectric sensors, PVDF, thermally stimulated depolarization current, ferroelectricity, polarization, піроелектричні сенсори, ПВДФ, термостимульований струм деполяризації, сегнетоелектрики, поляризація

Бібліографічний опис

Interrelation between pyroelectric properties and residual polarization in polyvinylide fluoride intended for making pyroelectric sensors / S. N. Fedosov, A. E. Sergeeva, H. von Seggern, Yu. A. Nitsuk // Сенсорна електроніка і мікросистемні технології. – 2025. – Т. 22, № 41. – С. 38–43.