Mérése a potenciál és a tényleges felületi töltés sűrűség electret

Mérése a potenciál és a tényleges felületi töltés sűrűség electret

Mérése felszíni (vagy az effektív felület) a töltéssűrűség az elektrét hajtjuk közvetve. Ebből a célból, kezdetben a felületi potenciál mérjük, majd kiszámítja σ vagy σeff képletekkel (36) vagy (39). És általában nem ismert pontosan, hogy az aktív felület vagy ömlesztett elektret díjat, így az mindig vezet a mérés tényleges felületi töltéssűrűség, mint egy általános eset.

A legtöbb gyakorlati alkalmazás kapott rezgő elektród technikák (szonda), amely lehetővé teszi, hogy nagyságát is méri úgy a felület potenciál és a felületi potenciál menti egyenletes elosztást a film felületén.

beállítás ábrán bemutatott áramkör. 18. A konfiguráció a mérés, a sejt megegyezik vettük figyelembe kiszámításakor az elektromos mező, de a felső elektróda rezgetjük - oszcillál, bizonyos gyakorisággal. rezgések okoznak az elektróda egy speciális eszközzel. Ezen elektróda indukál töltésével ellentétes előjelű felületi töltése elektret. Mivel az elektróda változik, változik a távolság a minta és az elektróda, és a következő, az alábbi (12), (21), a területen a rés E1. Periodikus változása a térerősségnek a különbség okozza periodikus változását a díj összegének indukált a rezgő elektród. Ezután a lánc, amely magában foglalja egy szelvény 3 fog folyni váltakozó áram, amelynek gyakorisága egybeesik a gyakorisága mechanikai rezgések az elektróda.

Ábra. 18 mérése felületi potenciál a elektrét rezgő elektród technika. 1 - elektret; 2 - felső vibráló elektród; 3 - mérőárama egy áramkört, 4 - az alsó elektród, amely fel van szerelve a fémbevonatú oldalán elektret

áramerősség folyik a külső áramkörben, akkor könnyű megtalálni, ha a kapcsolat használja az indukált töltés felső elektródát egy térerősség a különbség: σi = ε1ε0E1. Differenciálás adott időben, ezt kapjuk:

A származékot, a töltési idő sűrűség a sűrűsége áram az áramkör, ezért, azt találjuk, a szaporodó áramerősség a rezgő elektród felülete S;

Hagyja, hogy a különbség változik a törvény szerint:

ahol s10- rés értéke hiányában rezgések, A0 a amplitúdója elektród oszcilláció, ω - frekvenciájú mechanikai rezgések. A gyakorlatban a frekvencia több száz hertz, és a rezgésamplitúdót - századmásodperc vagy ezred mm, a hézag értéke s10 - mintegy milliméter (néha tized mm). mert V + s1 E1 = 0, akkor

Differenciálás ez a kifejezés az idő függvényében, figyelembe véve, hogy az amplitúdó a rezgés sokkal kisebb, mint s10. kifejezés egy áram az:

Amplitúdója (I0) és áram (I) értékét a jelenlegi erőssége egyenesen arányos a nagysága a felületi potenciál.

A magatartás abszolút méréseket V szükséges ismerni az arányossági tényező (46). Használhatja az úgynevezett kalibrációs módszer. Ahelyett, hogy a elektrét cellát behelyeztük egy fém elektród, helyezi az azonos távolságra a rezgő elektród és tápláljuk be a „föld” meghatározott feszültség az egyenirányító (ábra. 19a).

^ Ábra. 19. reakcióvázlatok kalibrálási módszerek (a) és kompenzáció (b)

Változtatásával a feszültség, akkor kalibrálni a készüléket, és újra beállítása elektret mért értékét felületi potenciál. Ezt a módszert széles körben használják a gyakorlatban a mérési, minden egyes készüléknek egy előzetes kalibrálása, a skála jelölések a megfelelő egységek.

Azonban feltalált egy módja annak, hogy elkerüljék a kalibrációs mérőcella, egy kissé módosított rendszer (ábra. 196). Elektrét eltávolítása nélkül, az alsó elektróda az egyenirányító táplált ismert feszültséget, amely állítható és mért rendes voltmérő. Van tehát egy külső területen, az irányba, amely attól függ, hogy a polaritás a alkalmazott feszültség az elektróda. A megfelelő választás a polaritás az alkalmazott feszültség növekedése vezet gyengülését az E1 és teljes kompenzációs mező a légrés. Tünet kompenzáció - hiányában AC mérőáramkör rezgés során a felső elektróda. Az alkalmazott feszültség egyenlő a felületi potenciál a elektret.

Ez a módszer a legkényelmesebb gyakorlati haszna. Továbbá, ez egy vitathatatlan előnye gyenge függőség a mérési eredmény a légrés a felső elektród próba és a minta felületén. Éppen ellenkezőleg, az eljárás kalibrálása kiürülési értéke nagyban befolyásolja a mérési eredményt. Ez annak köszönhető, hogy a korlátozott területen a töltött elektret és inhomogenitása a villamos térerősség a rés ( „él hatás”).

Néha, ahelyett, hogy a felső elektróda segítségével egy rögzített oszcilláló, de közöttük és a felület a elektrét van elhelyezve egy forgatható fém tárcsa elzáróelem vagy lyukak, amelyek periodikusan pajzs a szondát a területén a elektret. Ennek eredményeként, az áramkör megjelenik egy váltakozó áram, amelynek frekvenciája függ a frekvencia a megszakítás (szűrés) a mező E1. Minden következtetések továbbra is érvényesek erre az eseményre

^ 20. ábra. Reakcióvázlat „pont” egy rezgő szonda mérésére felületi potenciál-eloszlás

Méréséhez a megoszlása ​​a hatásos töltéssűrűség vagy felületi potenciál felülete mentén a elektrét használják próbák kis része (egységek és tized milliméter). Ezek lehetővé teszik, hogy az intézkedés a felületi potenciál a közelben a pont, amely fölött a szonda található. A speciális eszköz segítségével mozgatni a szonda mentén a minta felülete Szkenneralapú potenciál-eloszlás. Az áramkör egy ilyen készülék a 20. ábrán látható.

A szonda körül egy földelt őr elektród, ami a mező szonda helyének területe közelítőleg homogén (nélkül távvezeték „mélyült”, hogy a szonda, hogy hibák a mérési eredményeket, és a magas értékek a felületi potenciál a éles szélek a szonda tud fejlődni koronakisülést , és a kapott ionok, rendezése a elektret, okozna ellenőrizetlen változás a felületi töltés).

Ez a beállítás lehetővé teszi számunkra, hogy nyomon követhessék a variációs felület profiljának potenciálját electret a tároló különböző környezetekben.
* Relaxációs elektret díj
Pihenés és polarizációs töltés az elektret kapcsolódik a nem-egyensúlyi jellege ezeket a mennyiségeket. Idővel helyen zavartság dipólus polarizáció árnyékolás kapcsolatos díjak saját hordozók sodródás az egyensúlyi fuvarozók a megfelelő elektromos mező mentesítés őket az elektródák, és sok más vezető folyamatok fokozatos eltűnése a belső és a külső elektromos tereket és felületi potenciál elektret. Relaxációs természetétől függ a elektrét állam egy adott anyag, szerkezet, környezeti feltételek (hőmérséklet, páratartalom, a jelenlétét az ionizáló sugárzás, mechanikai feszültségek, mikroorganizmusok és hasonlók).

Az elektret dipólus orientációs

sósav polarizációs relaxációs társul leggyakrabban két tényező.

Ha a dielektromos nem a saját hordozók és kizárják őket a befecskendezés az elektródák a kapcsolatot vele, csak relaxációs mechanizmus válik zavartság dipólus.

A belső mező E, ábrán látható. 21, ellenkező dipólus momentum a csoportok felelősek a nem-egyensúlyi polarizáció, így hajlamos arra, hogy „megváltoztatás” zavart dipólusok. Sőt, ez a belső mező csak akkor létezik, mivel a tájékozódás a dipól és ugyanakkor arra törekszik, hogy sértik meg, és ezzel tönkreteszi magát. Ez jellemző a nem egyensúlyi állapot - építeni „vágy”, hogy pihenés, az önpusztítás. Reversal dipólusok hiánya akadályozta a mobilitása dipól csoportok (dipólusok „fagyott”) egy adott hőmérsékleten. Ugyanakkor a mobilitás hiánya dipoláris csoportok nem értelmezhető szó szerint, és figyelembe véve a statisztikai természetét a folyamat - magas látencia előbb vagy utóbb, ingadozás léphet fel, amely az egyik vagy a másik csoport továbbra is képes kapcsolni jelentős sarokban. Ezért bármilyen nem abszolút nulla fok alatt, a folyamat a zavar dipól csoportok zajlik, de nagyon lassan. Ez a körülmény vezet fennállásának elektret • több hónapig, vagy akár évekig is.

Növekvő hőmérséklettel, a mobilitás a dipólusok növekszik, növelve a valószínűségét a misorientation egyes dipólusok, és a relaxációs átmeneti, például, az üveg átmenet a polimer, a dipólusok minden képessé elforduljon. Ezért a polarizáció relaxáció felgyorsul a tíz, száz és több ezer alkalommal.

Ha a dielektromos saját töltéshordozók még igen alacsony koncentrációban, mozognak a belső területén a elektret gyűlik össze a felületeken, ahol a pajzs, vagy kompenzálni kapcsolódó díjak orientált dipólusok. Annak ellenére, hogy a dipólus maguk továbbra is az állam orientálódni a polarizációt elektret eltűnik - ott jön relaxáció

Annak érdekében, hogy növelje a szavatossági ideje electrets igaz polarizációs irányát a rövidre mintákban. Az elektromos mező a minta ebben az esetben nullával egyenlő, ami jelentősen lassítja a pihenést. Vastag lemez elektret viaszból, mielőtt egyszerűen csomagolt fémfólia.

Pihenés a díj és az esetleges gyorsított hatása alatt a külső tényezők, elsősorban a hőmérséklet és a páratartalom. Hőmérséklet hatása magyarázható másképp, attól függően, hogy a relaxációs mechanizmus és

a természet az elektret állam.

Ha például, relaxációs okozott szűrés dipólusok beágyazott vagy nem egyensúlyi töltéshordozók a saját, ez egy oka hőmérséklet-emelkedés hatására az intrinsic hordozó koncentrációja a hőmérséklet növelésével, és az ionos dielektrikumok, miközben jelentősen növeli ion mobilitását.

Elektrét a dipoláris polarizációs hőmérséklet hatása járó megnövekedett intenzitása a hőmozgás csoportok, és a többi szegmens. Kinetic egységek, amelyek rendelkeznek dipólusmomentum és töltését elektret hatást. Relaxációja polarizáció lép fel nagy sebességgel a relaxációs és fázisátalakulások felengedés mobilitása az egyes kinetikai egységek.

Ha a elektret van kialakítva a felesleges díjak csapdába fogva a csapdát, retenciós idő τt a csapdák függ a hőmérséklettől, és a csapda mélységének. A frekvencia a fuvarozó felszabadulás a csapdába Boltzmann törvény:
(47)

ahol ωt0 - úgynevezett frekvencia faktor, EA- energia mélysége a csapdák (aktiválási energia) a felszabadulási folyamat (delokalizációja) a hordozó.

Közepes, szabadul fel a csapdát, halad a belső területén a elektret. Ebben az esetben, akkor sem gyalog szemben elektróda, vagy tapasztalat visszafogás másik csapda. Az átlagos idő, ami után az újonnan készített hordozót csapda említett újbóli megszerzése idő (τ). Itt az ideje, τt és változhat egy nagyon széles tartományban (több nagyságrenddel) és koncentrációjától függ csapdák elfog keresztmetszetű és egyéb tényezők.

A rendezetlen anyagok, például polimerek, van egy hatalmas különféle mélységét és gyakoriságát faktor csapdákat. Az aktiválási energia és frekvencia faktor lehet egy kvázi-folytonos eloszlású széles tartományban. De gyakran aktiválási energiák köré néhány jellemző értékek, amelyek okot adnak egy durva közelítéssel használni a modell dielektromos egy vagy több féle csapdákat.

A növekvő T, ahogy a (47), a felszabadulási sebesség növekszik exponenciálisan, és a rögzítés ideje ennek megfelelően csökken. A fuvarozók kezdenek megjelenni még a mély csapdák és sodródik a saját elektromos mező, ami a kikapcsolódást a elektret állam. Mint abban az esetben a polarizáció, a nem-egyensúlyi állapot elpusztítsa önmagát. Relaxációs legyengített mező eltűnik egyensúlyi minta díjat. Ez a folyamat nyilvánvalóan visszafordíthatatlan.

Az egyesített electrets figyelhető különböző relaxációs kapcsolatos mechanizmusok mind a mozgását injektált hordozók magukat, és intrinsic, és dezorientáció dipólus csoportok. Kombinált electrets általában kapunk nem szándékosan, hanem mint egy mellékterméke a folyamat a villamosítás az anyag. Például, a hozam egy poláros polimer koronoelektret dielektromos magasabb hőmérsékleten, ez nemcsak az lehetséges, hogy bevezesse a felesleges hordozók a csapdák, hanem mert orientáció, és a „fagyasztás” hűtés közben dipólus csoportok. Hasonlóképpen, tudjuk helyettesíteni a minta tiszta polarizációs dipol elektret kapnak egyesítjük, hacsak intézkedéseket nem hoznak, hogy megakadályozzák töltéshordozó injektálás a elektródák.

Például a készítmény egy poláros dielektromos thermoelectrets segítségével felhordó kitéve dielektromos egy külső elektromos mező, és az ezt követő hűtés szobahőmérsékletre, az injekció a töltéshordozók a elektródák a elektret felszíni régióban, ahol ezek fix a mély csapdák. Ezek töltéshordozók egybeesik a jele felelős az elektródák és ellentétes a kapcsolódó díjakról dipólus. Ráadásul az eredeti minta felületi töltés jele annak tulajdonítható, hogy töltse fel-orientált dipólusok. Tárolás után dipólusokból fokozatosan zavart és elfoglalták a csapdákban díjat maradványokat. Ezután a tárolás során írtak le Eguti átmenet egyenes - a homocharge - relaxáció utáni polarizációs felületén a elektrét injektáljuk csak felesleges töltés, amelynek előjele megegyezik a felelős a használt elektródok gyártása a elektret.

* A magas páratartalom általában felgyorsítja a mentesítési electrets. A felszínen a polimer filmek jelennek mikroszkopikus cseppek és az adszorbeált víz rétegek, amelyekben a szennyezések feloldására és ionos szennyeződése. Az így kapott vezetőképes „hidak” rövidrezárt mintában hozzájárulnak ctekaniyu elektret töltés. Szabad polimer filmek a mikroorganizmusok és azok metabolikus termékek nedves környezetben tovább csökkenti a tartósságát electrets.

^ Ionizáló sugárzás keletkezését okozza mintákban hordozók - elektronok és a lyukak, vagy ionok, amelyek pajzs elektret töltés. Ezen túlmenően, a degradációs folyamatok makromolekulák előforduló hatása alatt sugárzás, elősegítheti a növekedés intenzitása a termikus mozgás a kinetikus egységek és megsemmisítése része a strukturális csapdák egy polimer dielektromos.

Az izoterm és termikusan stimulált relaxációs

Pihenés elektret állapotban van osztva izotermicheskuyu- áramló állandó hőmérsékleten - és termikusan stimulált, ami akkor jelentkezik, ha a hőmérséklet emelkedik bármilyen mesterségesen adott jogot. Utolsó gyakran fordul elő a kutatás, használt úgynevezett termikus aktiválás spektroszkópia elektromosan aktív hibák és dipólusokból a fizika félvezetők és dielektrikumok. Gyakran ez az úgynevezett magas hőmérsékletnek kitett depolarizáció (TSD), termikusan stimulált kisülés (TCP), de a kutatás módszere - elektret-termikus analízis és számos végrehajtási lehetőségeket.

Relaxációs közel izoterm, megfigyelt tárolás vagy használat közben a electrets a szobában, laboratóriumi körülmények között, ha a környezeti hőmérséklet-változások kicsik. Az izoterm relaxációs állandó, gyakran lényegesen magasabb, mint szobahőmérsékleten, használják a módszert a tudományos kutatás electrets.

^ 22. ábra, izotermikus görbék a relaxációs a felületi potenciál különböző hőmérsékleteken (T1