Măsurarea potențialului de suprafață și densitatea efectivă de încărcare de suprafață a electret

Măsurarea potențialului de suprafață și densitatea efectivă de încărcare de suprafață a electret

Măsurarea suprafeței (sau suprafața efectivă) a densității de încărcare a electret este efectuată în mod indirect. În acest scop, inițial potențialul de suprafață este măsurată și apoi se calculează σ sau σeff prin formulele (36) sau (39). Și, de obicei, nu se știe exact dacă suprafața activă sau taxa de electret în vrac, astfel încât acesta conduce întotdeauna măsurarea efectivă densitatea de sarcină de suprafață ca un caz mai general.

Cele mai multe aplicații practice au primit vibrare tehnici de electrod (sonda) care permite măsurarea amplorii potențialului de suprafață și potențialul de suprafață o distribuție uniformă de-a lungul suprafeței filmului.

setarea circuitului prezentat în Fig. 18. Configurația măsurătorii, celula este același ca și pe care le-am luat în considerare în calculul câmpului electric, dar electrodul superior este vibrat - pendulează cu o anumită frecvență. vibrațiile cauzează electrodul cu un dispozitiv special. Pe acest electrod induce o taxă opus în semn taxa de suprafață a electret. Deoarece electrodul variază, schimbând distanța dintre eșantion și electrod, și, după cum rezultă din formulele (12), (21), câmpul în decalajul E1. variație periodică a intensității câmpului în diferența determină o modificare periodică a cantității de sarcină indusă pe electrodul vibrator. Apoi lanț, care include un indicator de 3 va curge curent, a cărui frecvență coincide cu frecvența de oscilație mecanică a electrodului alternativ.

Fig. 18 Măsurarea potențialului de suprafață al tehnicii electrodului electret vibratoare. 1 - electret; 2 - electrod superior vibratoare; 3 - măsurarea curentului într-un circuit, 4 - electrodul inferior, care este montat pe partea electret metalizată

amperaj care curge în circuitul extern, este ușor de a găsi în cazul în care conexiunea utiliza taxa indusă pe electrodul superior, cu o intensitate a câmpului în decalajul: σi = ε1ε0E1. Diferențierea în raport cu timpul, obținem:

Derivata densitatea duratei de încărcare este densitatea de curent în circuit, prin urmare, vom găsi amperajul M pentru a vibreaza zona de electrod S;

Lăsați diferența variază conform legii:

în care valoarea decalaj s10- în absența oscilațiilor, a0 este amplitudinea oscilației electrodului, ω - frecvența vibrațiilor mecanice. În practică, frecvența de câteva sute de hertzi, iar amplitudinea de oscilație - sutimi sau miimi de mm, valoarea clearance-ul S10 - aproximativ milimetri (uneori zecimi de mm). pentru că V + s1 E1 = 0, atunci

Diferențierea această expresie în ceea ce privește timpul, ținând cont de faptul că amplitudinea oscilațiilor este mult mai mică decât S10. o expresie pentru curentul în circuit:

Amplitudine (I0) și valoarea actuală (I) de intensitate a curentului este direct proporțională cu magnitudinea potențialului de suprafață.

Pentru a efectua măsurători absolute de V este necesar să se cunoască factorul de proporționalitate în (46). Puteți utiliza metoda de calibrare așa-numitele. În locul celulei electret a fost plasat într-un electrod metalic, plasându-se la aceeași distanță de la electrodul vibrator și este alimentat la ea pe „pământ“ tensiune predeterminată din redresor (fig. 19a).

^ Fig. 19. Scheme de metode de calibrare (a) și compensare (b)

Prin varierea tensiunii, putem calibra aparatul, și setarea din nou valoarea electret măsurată a potențialului său de suprafață. Această metodă este utilizată pe scară largă în practica de măsurare, pentru fiecare dispozitiv necesită o calibrare prealabilă, marcajele de scara în unitățile corecte.

inventat însă o modalitate de a evita calibrarea celulei de măsurare, o schemă ușor modificată (Fig. 196). Electret fără a scoate, electrodul inferior din redresor alimentat de tensiune cunoscută, care poate fi reglat și măsurat voltmetru obișnuit. Astfel, există un câmp exterior, a cărui direcție depinde de polaritatea tensiunii aplicate electrodului. Cu alegerea corectă a polarității creșterii de tensiune aplicată duce la o slăbire a câmpului E1 și de compensare completă în fanta de aer. compensare simptom - în absența circuitului de măsurare AC în timpul vibrației electrodului superior. Tensiunea aplicată este egală cu potențialul de suprafață al electret.

Această metodă este cea mai convenabilă pentru utilizarea practică. Mai mult, este un avantaj incontestabil de dependență slabă a rezultatului măsurării întrefierului dintre sonda electrod superior și suprafața probei. Dimpotrivă, în metoda de calibrare a valorii clearance-ului afectează în mare măsură rezultatul măsurătorii. Acest lucru se datorează în zona limitată a electret încărcat și neomogenitatea câmpului electric în decalajul ( „efect de margine“).

Uneori, în locul electrodului superior folosind un oscilant fix, ci între ele și suprafața electret este plasat un disc obturator metalic rotativ sau cu găuri care scut periodic sonda din domeniul electret. Ca rezultat, circuitul apare un curent alternativ, a cărui frecvență depinde de frecvența de întrerupere (screening-ul) a câmpului E1. Toate concluziile rămân valabile pentru acest eveniment

^ Figura 20. Schema „punct“ al unei sonde vibratoare pentru măsurarea potențialului distribuției de suprafață

Pentru măsurarea distribuției efective de densitate a sarcinii sau potențialul de suprafață de-a lungul suprafeței electret se utilizează sonde de secțiune mică (unități și zecimi de milimetru). Acestea vă permit să măsoare potențialul de suprafață, în vecinătatea punctului de mai sus, care se află sonda. Un dispozitiv special permite să se deplaseze sonda de-a lungul suprafeței specimenului prin scanarea potențială. Circuitul unui astfel de dispozitiv este prezentat în Figura 20.

Sonda este înconjurată de un electrod de garda la sol, ceea ce duce la câmp suprafață sondă locație aproximativ omogene (fără o linie de putere „adâncit“ la sondă, introducând erori în rezultatele măsurătorilor, iar la valori ridicate ale potențialului de suprafață pe marginile ascuțite ale sondei ar putea dezvolta o descărcare corona , iar ionii care rezultă, stabilindu-se pe electret, ar duce la o schimbare necontrolată a taxei de suprafață).

Această configurare ne permite să traseze profilul de variație a potențialului de suprafață al electret la depozitare în medii diferite.
* Relaxare taxa electret
Relaxare și polarizare taxa în electret este legată de natura non-echilibru al acestor cantități. De-a lungul timpului, dipoli loc dezorientare, polarizare taxele legate de ecranare propriilor transportatori Abaterea purtători de neechilibru în câmpul electric adecvat pentru a le evacua la electrozi, și multe alte procese care duc la dispariția treptată a câmpurilor electrice interne și externe și de suprafață potențial electret. Relaxarea depinde de natura statului electret într-un anumit material, structura, condițiile de mediu (temperatură, umiditate, prezența radiațiilor ionizante, solicitări mecanice, microorganisme și altele asemenea).

Orientational electret dipol

relaxare polarizare clorhidric este asociat cel mai adesea cu doi factori.

În cazul în care nu este dielectric propriilor operatori de transport și de a le exclude de la injectarea electrozilor în contact cu el, singurul mecanism de relaxare devine dipoli dezorientare.

Câmpul E intern, așa cum se arată în Fig. 21, momente de dipol opuse ale grupurilor responsabile de polarizarea non-echilibru, astfel încât acesta tinde să „răstoarne“ dipoli dezorientat. Mai mult decât atât, acest câmp intern există numai datorită orientării dipolilor și, în același timp, încearcă să-l încalce, distrugând astfel în sine. Este o trăsătură caracteristică a statului neechilibru - a încorporat „dorinta“ la relaxare, la auto-distrugere. dipoli Inversarea îngreunate de lipsa de mobilitate a grupurilor dipolare (dipoli „înghețate“), la o temperatură dată. Cu toate acestea, lipsa de mobilitate a grupurilor bipolari nu ar trebui să fie înțeles literal, și să ia în considerare natura statistică a procesului - cu latență ridicată, mai devreme sau mai târziu, fluctuații pot să apară, în care unul sau celălalt grup va fi în continuare posibilitatea de a transforma un colț semnificativ. Prin urmare, pentru orice non-zero absolut temperaturi, procesul de grupe dipolare dezorientare are loc, dar foarte încet. Această situație conduce la existența electret • timp de mai multe luni, si chiar ani.

Odată cu creșterea temperaturii, mobilitatea crește dipole, crescând probabilitatea misorientation dipoli individuale și în tranziția de relaxare, de exemplu, trecerea de sticlă a polimerului, dipolii sunt toate dobândesc capacitatea de a pivota. Prin urmare, relaxarea de polarizare este accelerat în zeci, sute și mii de ori.

În cazul în care dielectric are propriile sale purtătorilor de sarcină chiar și la concentrații foarte scăzute, acestea se deplasează în câmpul interior al electret, aduna la suprafețele în care scutul sau compensarea tarifelor aferente dipoli orientate. În ciuda faptului că dipoli se pot rămâne într-o stare de a orienta polarizarea în electret dispare - vine de relaxare

Pentru a crește durata de depozitare a electreți cu orientare de polarizare adevărată, folosind probe de scurtcircuitare. Câmpul electric în interiorul eșantionului, în acest caz este egal cu zero, ceea ce încetinește considerabil relaxarea. electret plăci groase din ceară, înainte de a pur și simplu învelite în folie metalică.

Relaxarea taxei și potențialul accelerat sub influența factorilor externi, în principal de temperatură și umiditate. Efectul temperaturii explicat în mod diferit, în funcție de mecanismul de relaxare și

natura statului electret.

Dacă, de exemplu, relaxare cauzate de screening dipolii încorporate sau purtători de sarcină de neechilibru proprii, este o cauză a creșterii influenței temperaturii concentrației purtătoare intrinsecă cu creșterea temperaturii și dielectricilor ionice crescând în același timp semnificativ de mobilitate ionică.

Pentru electret cu efect de polarizare dipolar a temperaturii asociat cu o intensitate crescută a grupurilor de mișcare termică și alte segmente. Unități Kinetic care posedă momente dipol și responsabile de efectul electret. Relaxarea polarizare apare la viteză mare în relaxare și de fază tranzițiile când se dezgheață mobilitatea unor unități cinetice.

Dacă electret este format prin taxe suplimentare prinse în capcană, timp de retenție τt asupra capcanelor depinde de temperatura și adâncimea capcana. Frecvența eliberării purtătoare din capcana de legea lui Boltzmann este:
(47)

în care ωt0 - așa-numitul factor de frecvență, EA- adâncimea de energie a capcanelor (energie de activare) ale procesului de eliberare (delocalizarea) al transportatorului.

Mediu, eliberat din capcana, se deplasează în câmpul interior al electret. În acest caz, se poate fie să meargă și electrod opus, sau o experiență recuceri o altă capcană. Timpul mediu, după care capcana purtătoare nou capturat este denumit timpul redobândirea (τ). Este timpul τt și poate varia într-o gamă foarte largă (câteva ordine de mărime) și depinde de concentrația capcanelor captare secțiune transversală și de alți factori.

In materiale dezordonate, de exemplu, polimeri, există o mare varietate de diferite adâncimi și factorul de frecvență capcane. Factorul de activare a energiei și frecvența pot avea o distribuție cvasi-continuu pe o gamă largă. Dar, de multe ori energiile de activare sunt grupate în jurul mai multor valori caracteristice care dă naștere la o aproximare brută de a utiliza modelul unui dielectric cu una sau mai multe tipuri de capcane.

Odată cu creșterea T, așa cum se vede din formula (47), viteza de eliberare este crescut exponențial, iar timpul de captură este redusă în mod corespunzător. Transportatorii încep să fie eliberate chiar de capcane adânci și în derivă în propriul său câmp electric, provocând relaxarea statului electret. Ca și în cazul polarizării, starea de non-echilibru se distruge în sine. Ca domeniu de relaxare atenuat dispare taxa de probă neechilibru. Acest proces este în mod clar ireversibil.

Cele electreți combinate pot fi observate diferite mecanisme de relaxare asociate atât mișcarea de purtători injectați în sine și intrinseci și grupurile de dezorientare dipol. electreți combinate sunt, de obicei, nu au fost obținute în mod intenționat, ci ca un subprodus al procesului de electrificare a materialului. De exemplu, randamentul dintr-un dielectric koronoelektret polimeric polar, la temperaturi ridicate, este posibil nu numai să se introducă în exces transportatorii cu privire la capcane, dar, de asemenea, cauza orientarea și „înghețarea“ în timpul răcirii grupuri dipol. În mod similar, putem înlocui proba cu polarizare pura dipol electret primi combinate, dacă nu se iau măsuri pentru a preveni injectarea purtătoare de electrozi.

De exemplu, în prepararea unui thermoelectrets dielectric polar folosind aplicatoare atunci când sunt expuse dielectric într-un câmp electric extern și răcire ulterioară, la temperatura camerei, injecția de purtători de sarcină de electrozi din regiunea de suprafață electret, unde acestea sunt fixate pe capcane adânci. Acești purtători de sarcină coincide cu semnul de încărcare a electrozilor și vizavi de taxele asociate dipoli. Mai mult decât atât versiunea originală semn de încărcare suprafață de probă poate fi atribuită dipoli taxa orientat. După dipoli de stocare pot dezorientata treptat și capturat în capcane taxa rămășițe. Apoi, în timpul depozitării a fost încă descrisă tranziția de la Eguti direct - la homocharge - după relaxarea polarizare pe suprafața electret este injectat numai taxa în exces a cărui semn este aceeași ca sarcina electrozilor, utilizate în producția de electret.

* Umiditatea ridicată este, de obicei, accelerează descărcarea electreți. Pe suprafața filmelor polimerice apar picăturile microscopice și straturi de apă adsorbite în care impuritățile și dizolvă contaminare ionică. Rezultate conductive „poduri“ Sample scurtcircuitate contribuie taxa electret ctekaniyu. filme polimerice Disponibilitatea microorganismelor și a produselor metabolice ale acestora într-un mediu umed, reduce și mai mult durabilitatea electreți.

^ Radiație ionizantă provoacă generarea în probele de purtători - electroni și goluri, sau ioni, care taxa de scut electret. Mai mult decât atât, procesele de degradare a macromoleculelor care apar sub influența radiațiilor, poate promova creșterea intensității mișcării termice a unităților cinetice și distrugerea parțială a capcanelor structurale într-un dielectric polimer.

Izotermă și relaxare stimulate termic

stare de relaxare electret este împărțită în izotermicheskuyu- care curge la o temperatură constantă - și stimulate termic, care are loc atunci când temperatura crește prin orice lege dat în mod artificial. Ultimul apare adesea în cercetare, utilizate în așa-numita spectroscopie de activare termică a defectelor electric active si dipoli în fizica semiconductorilor și dielectricilor. Adesea este numit depolarizare stimulată termic (TSD), descărcare stimulate termic (TCP), ci ca o metodă de cercetare - analiza electret-termica si are mai multe opțiuni de implementare.

Relaxare aproape izoterme, observate în timpul depozitării sau utilizării electreți în cameră, condițiile de laborator, când variațiile de temperatură ambientală sunt mici. relaxare izotermă la o constantă, este adesea considerabil mai mare decât temperatura camerei, este utilizată ca o metodă de electreți de cercetare științifică.

^ Figura 22, curbele izoterme ale relaxării potențialului de suprafață la temperaturi diferite (T1