Измерване на потенциала на повърхността и на ефективната плътност на електретен повърхностен заряд

Измерване на потенциала на повърхността и на ефективната плътност на електретен повърхностен заряд

Измерване на повърхност (или ефективна повърхност) на плътността на заряда на Електростатичен се извършва индиректно. За тази цел първоначално потенциала на повърхността се измерва и след това изчислява σ или σeff с формули (36) или (39). И обикновено не знае с точност дали активната повърхност или насипно електретен заряд, така че тя винаги води измерване ефективната плътност на повърхностния заряд, както по-общ случай.

Най практическо приложение получи вибрираща техники на електрода (сонда), която позволява да се измери степента на потенциала на повърхността и потенциала на повърхността равномерно разпределение по повърхността на филма.

определяне схема, показана на фиг. 18. Конфигурацията на измерването, клетката е същата като тази, ние разгледахме при изчисляване на електрическото поле, но в горния електрод се вибрира - осцилира с определена честота. вибрации причиняват електрод със специално устройство. На тази електрод предизвиква противоположен заряд в знак на заряда на повърхността на електретен. Тъй електрода варира, промяна на разстоянието между пробата и електрода, и, както следва от формули (12), (21), в областта на разликата в Е1. Периодична промяна на напрегнатостта на полето в процепа предизвиква периодична промяна в размера на разходите, индуцирана от вибрираща електрода. Тогава верига, която включва габарит 3 протича променлив ток, чиято честота съвпада с честотата на механично трептене на електрода.

Фиг. 18 Измерване на повърхностния потенциал на техниката за електретен вибрираща електрод. 1 - електретен; 2 - горната вибриране електрод; 3 - измерване на ток във верига, 4 - долния електрод, който е монтиран върху метализираната страна Електростатичен

ампераж, преминаващ през външната верига, то е лесно да се намери, ако връзката се използва предизвикана заряд на горния електрод с напрегнатост на полето в пропастта: σi = ε1ε0E1. Разграничаване по отношение на времето, получаваме:

Производното на плътността на време заряд е плътността на тока във веригата, следователно, ние откриваме размножаване на тока на вибрираща електрод площ S;

Нека разликата варира в зависимост от закона:

където s10- стойност пролука в отсъствието на трептения, a0 е амплитудата на колебание електрод, ω - честота механични вибрации. На практика, честотата на няколкостотин херца и амплитуда на трептене - стотни или хилядни от мм, стойност на изчистване S10 на - около милиметър (понякога и десетките мм). защото V + s1 Е1 = 0, тогава

Разнообразяване на този израз по отношение на времето, като се има предвид, че амплитудата на трептене е много по-малък от S10. израз на тока във веригата:

Амплитуда (I0) и ток (I) стойност на текущата сила е пряко пропорционална на степента на потенциала на повърхността.

За извършване на измервания на абсолютната от V е необходимо да се знае коефициента на пропорционалност, в (46). Можете да използвате така наречения метод на калибриране. Вместо електретен клетка се поставя в метален електрод, поставянето на същото разстояние от вибрираща електрод и се подава към него на "земя" предварително определено напрежение от токоизправителя (фиг. 19а).

^ Фиг. 19. Схеми на методи за калибриране (а) и компенсация (б)

Чрез промяна на напрежението, ние можем да се калибрира, устройството и да настроите отново електретен измерва стойността на повърхността й потенциал. Този метод се използва широко в практиката на измерване, за всяко устройство изисква предварителна калибровка, мащабът маркировките в правилните единици.

Все пак е измислил начин да се избегне калибрирането на измервателната клетка, леко променена схема (фиг. 196). Електростатичен без отстраняване, долният електрод от токоизправителя подава известно напрежение, което може да се регулира и се измерва обикновен волтметър. По този начин има външна област, посоката на които зависи от полярността на приложеното напрежение на електрода. С подходящ избор на полярността на приложен увеличаването на напрежението води до отслабване на Е1 и пълна компенсация поле във въздушната междина. компенсация Симптом - в отсъствие на AC измерване верига по време на вибрация на горния електрод. Приложеното напрежение е равно на повърхността потенциал на електретен.

Този метод е най-удобен за практическо използване. Освен това е безспорно предимство на слаба зависимост от резултата от измерването на въздушната междина между горната сондата електрод и повърхността на пробата. Напротив, в метода на калибриране стойност клирънс зависи до голяма степен резултат от измерването. Това се дължи на ограничената площ на зарежда Електростатичен и нееднородност на електрическото поле в междината ( "ръб ефект").

Понякога, вместо на горния електрод се използва фиксиран колебания, а между тях и повърхността на Електростатичен е поставен въртящ се метален диск затварящия или с отвори, които периодично щит сондата от областта на Електростатичен. В резултат, веригата изглежда променлив ток, чиято честота зависи от честотата на прекъсване (скрининг) на областта Е1. Всички заключения остават валидни за това събитие

^ Фигура 20. Схема "точка" на вибрационното сонда за измерване на повърхностен потенциал разпределение

За измерване на разпределението на ефективната плътност на заряда или потенциала повърхност по протежение на повърхността на Електростатичен се използва сонди малък участък (възли и десети от милиметъра). Те ви позволяват да се измери потенциала на повърхността в близост до точката, над която се намира сондата. Специално устройство позволява да се движи сондата по повърхността на образеца, като сканирате потенциалното разпръскване. Веригата на такова устройство е показано на Фигура 20.

Сондата е заобиколен от заземен охрана електрод, което води до поле площ местоположение сонда приблизително хомогенен (без електропровод "задълбочи" към сондата, въвеждане на грешки в резултатите от измерванията, и при високи стойности на потенциала на повърхността на острите ръбове на сондата може да се разработи коронен разряд и получените йони, утаяване на Електростатичен, ще предизвика неконтролирано промяна в заряда на повърхността).

Тази настройка позволява да се проследи профила вариация на повърхността потенциал на електретен при съхранение в различни среди.
* Релаксация такса електретен
Релаксация и поляризация такса в Electret е свързано с неравновесна характер на тези количества. С течение на времето, мястото дезориентация диполи, поляризационни противогази, свързани с таксите за техните собствени превозвачи дрейф на nonequilibrium превозвачи в правилното електрическото поле, за да ги изпълняват до електродите, както и много други процеси, водещи до постепенното изчезване на вътрешни и външни електрически полета и повърхностни потенциал електретен. Релаксация зависи от естеството на електретен състояние в даден материал, структура, условия на околната среда (температура, влажност, присъствието на йонизиращо лъчение, механични напрежения, микроорганизми и други подобни).

ориентировъчни електретен дипол

солна релаксация поляризация се свързва най-често с два фактора.

Ако диелектрика не е техни превозвачи и да ги изключат от инжектирането на електродите в контакт с него, механизмът за само релаксация става дезориентация диполи.

вътрешно поле Е, както е показано на фиг. 21, противоположни диполни моменти на групите, отговорни за неравновесна поляризация, така че тя е склонна да "преобърне" дезориентирани диполи. Нещо повече, тази вътрешна сфера съществува само благодарение на ориентацията на диполи и в същото време се стреми да го нарушават, като по този начин се унищожава. Тя е характерна черта на nonequilibrium държавата - тя включва "желание" да релаксация, за самоунищожение. Обръщане диполи възпрепятствани от липсата на мобилност на двуполюсни групи (диполи "замразени") при дадена температура. Въпреки това, липсата на мобилност на биполярни групи не трябва да се разбира буквално, и да вземат под внимание статистически характер на процеса - с висока латентност рано или късно, може да се появи колебание в които една или друга група, все още ще бъде в състояние да се превърне значителен ъгъл. Ето защо, за каквито не са абсолютни отрицателни температури, процесът на дезориентация двуполюсни групи се извършва, но много бавно. Това обстоятелство води до съществуването на електретен • продължение на много месеци и дори години.

С повишаване на температурата, мобилността на увеличенията на диполи, което увеличава вероятността от misorientation отделните диполи, и в прехода на релаксация, например, на встъкляване на полимера, на диполи всички придобиват способността да се върти. Ето защо, релаксация на поляризация се ускори през десетки, стотици и хиляди пъти.

Ако диелектрик има своите носители зареждане дори и при много ниски концентрации, те се движат във вътрешното поле на електретен, се събират на повърхността, където щита или компенсиране свързани обвиненията ориентирани диполи. Въпреки факта, че диполи самите могат да останат в състояние да се ориентират поляризацията в електретен изчезва - там идва релаксация

За да се увеличи срока на годност на electrets с истински поляризация ориентация използване късо проби. Напрегнатостта на електрическото поле в рамките на пробата в този случай е равна на нула, което значително забавя релаксация. Дебела електретен плоча, направена от восък, преди просто увити в метално фолио.

Релаксация на заряд и потенциала ускорено под влиянието на външни фактори, предимно температурата и влажността. Температура ефект обяснено по различен начин, в зависимост от механизма за отпускане и

естеството на електретен държавата.

Ако, например, релаксация, причинена скрининг диполи вградени или не-равновесни зареждане носители на собствената си, е причина за повишаване на температурата влияние присъщата концентрацията на носител с повишаване на температурата и йонни диелектрици докато значително повишаване на йонния мобилност.

За електретен с биполярен поляризация ефект на температурата свързано с повишен интензитет на термичните групи движение, и други сегменти. Кинетичните единици, които притежават диполни моменти и зареждане на електретен ефект. Релаксация на поляризация се проявява с висока скорост в преходите на релаксация и фаза, когато размразени мобилност на някои кинетични единици.

Ако Electret се формира от излишните разходи, хванати в капан в капана, неговото задържане време τt на капани зависи от температурата и дълбочината на капан. Честотата на освобождаване на превозвача от капана със закон на Болцман е:
(47)

където ωt0 - така наречената честота фактор, EA- енергия дълбочина на капаните (активиране енергия) от процеса на освобождаване (делокализация) на носача.

Medium, освободен от капана, се движи в областта на вътрешната електретен. В този случай, тя може да върви отсрещната електрод, или опит възвърне друг капан. Средното време, след който наскоро заловен капана носител се нарича обратно придобиване на времето (τ). Време е τt и може да варира в много широк диапазон (няколко порядъка) и зависи от концентрацията на капани улови напречно сечение и други фактори.

В неподредени материали, например, полимери, има огромно разнообразие от различна дълбочина и честота фактор капани. фактор на активиране на енергия и честота може да има квази-непрекъснато разпределение в широк диапазон. Но често активиране енергии са групирани около няколко характерни стойности, които поражда доста приблизително да се използва модела на диелектрик с един или няколко вида капани.

С увеличаване на Т, както се вижда от формула (47), скоростта на освобождаване се увеличава експоненциално, и времето на улавяне се намалява съответно. Превозвачите са започнали да се освободи, дори от дълбоки капани и се е разнесъл по свой електрическо поле, което води до релаксация на държавата електретен. Както в случая на поляризация, без равновесно състояние е самата унищожаване. Както поле релаксация отслабени изчезва nonequilibrium такса проба. Този процес е ясно необратими.

Обединените electrets могат да се наблюдават различни механизми за релаксация, свързани както с движението на инжектирани носители себе си, и присъщите и дезориентация дипол групи. Комбинираните electrets обикновено не са получени по предназначение, но като страничен продукт от процеса на електрифицирането на материала. Например, добивът от полярен полимерен koronoelektret диелектрик при повишени температури, е възможно не само да се въведе излишните носители на капани, но също така да причини ориентация и "замразяване" при охлаждане дипол групи. По същия начин, може да се замени пробата с чисто поляризация дипол електретен получават комбинирани, ако не се вземат мерки за предотвратяване на носител инжекция от електродите.

Например, при получаването на полярен диелектрични thermoelectrets използват апликатори, когато са изложени диелектрик в външно електрическо поле и последващо охлаждане до стайна температура, инжектирането на носители на заряд от електродите в региона на електретен повърхност, където те са фиксирани на дълбоките капани. Тези носители на заряд съвпада със знака на заплащане на електродите и противоположна на таксите, свързани диполи. Освен оригинален знак повърхност проба зареждане може да се дължи на зареждане ориентирани диполи. След диполи съхранение може постепенно да загуби ориентация и заловен в капаните зарежда останки. След това по време на съхранение, но са описани Eguti преход от права - да homocharge - след отпускане на поляризация на повърхността на Електростатичен се инжектира само излишък заряд чийто знак е същата като зарядът на електродите, които се използват в производството на Електростатичен.

* Висока влажност обикновено ускорява освобождаването на electrets. На повърхността на полимерни филми появи микроскопични капчици и се адсорбира водни слоеве, в които примеси разтварят и йонна замърсяване. Получените проводими "мостове" късо примерни допринасят ctekaniyu заряд електретен. Наличност полимерни филми от микроорганизми и техните метаболитни продукти във влажна среда допълнително намалява дълготрайността на electrets.

^ Йонизиращо лъчение причинява поколение в проби от носители - електрони и дупки, или йони, които заряд щит електретен. Освен това, процесите на деградация на макромолекули срещащи се под влиянието на излъчване, могат да стимулират растежа на интензивността на топлинна движението на кинетичните звена и унищожаване на част от структурните капани в полимер диелектрик.

Изотермични и термично стимулирани релаксация

Релаксация електретен състояние е разделена на izotermicheskuyu- протичащ при постоянна температура - и термично стимулирани, което се случва, когато температурата се повиши от всяко изкуствено даден закон. Последно често се случва в научните изследвания, използвани в така наречения термичен спектроскопия активиране на електрически активни дефекти и диполи в физиката на полупроводници и диелектрици. Често той се нарича топлинно стимулирана деполяризация (TSD), термично стимулирано освобождаване от отговорност (TCP), но като метод за изследване - електретен-термичен анализ и има много варианти за изпълнение.

Релаксация близо до изотермични, наблюдавано по време на съхранение или използване на electrets в стаята, лабораторни условия, когато вариации на температурата на околната среда са малки. Изотермични релаксация при постоянна, често е значително по-висока от стайна температура се използва като метод за научни изследвания electrets.

^ Фигура 22, кривите изотермични на релаксация на потенциала на повърхността при различни температури (Т1