Влияние барьерного разряда на электрофизические свойства полиимидных пленок
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
да в диэлектриках с ярко выраженными электретными свойствами при нормальных условиях может длиться несколько лет. Такие электреты широко применяются в микрофонах, телефонах, дозиметрах, приборах для записи звука и изображения.
В зависимости от способа воздействия в диэлектрике могут образовываться поверхностный и объемный заряды плотностью ? и ? соответственно и устанавливаться остаточная поляризация PS [116-126] Соотношение между ?, ? и PS определяется структурой диэлектрика и способом создания в нем электретного состояния. Знак эффективной плотности заряда ?эфф говорит о преобладании в электрете с гомо и гетерозаряда. Гомозаряд возникает при внедрении в диэлектрик заряженных частиц и закреплении их на ловушках. Он образуется при инжекции носителей из электродов или из газового разряда, а также под действием пучков заряженных частиц. Образование гетерозаряда может быть обусловлено дипольно-ориентационной и приэлектродной поляризацией.
Объяснение длительности существования электретов является одной из основных проблем теории электретного состояния. Гипотезы о природе электретного состояния различаются разной оценкой роли остаточной поляризации, закрепленных на ловушках зарядов и собственной электропроводности диэлектрика в процессе нейтрализации электретного состояния.
Согласно феноменологической теории А.Н. Губкина [117] длительное существование электретов обусловлено медленным разрушением остаточной поляризации Рs и изменением поверхностного гомозаряда ?r за iет проводимости электрета ? в соответствии с выражениями:
, . (1.8)
где ?S - время релаксации остаточной поляризации.
Тогда ?эфф определяется как:
,(1.9)
где ?=?r/?s, ?0=Ps0-?r0, ?r - время релаксации гомозаряда.
Длительное существование электретов и инверсию знака заряда Губкин объяснял большим значением ?s по сравнению с ?г. Однако из множества экспериментальных данных следует, что роль Рs невелика и электретное состояние обусловлено неравновесным распределением по объему захваченных ловушками носителей.
В работах Н.П. Богородицкого и его учеников высказывается предположение, что длительное существование электретов является следствием медленного освобождения носителей зарядов из ловушек, в которых они закрепляются в процессе изготовления электрета:
, (1.10)
где nt - степень заполнения ловушек, W - энергия активации.
При этом рассматривалось наличие в электрете облаков зарядов различных знаков и конфигураций.
Так, например инжекционная модель [119] описывает диэлектрик, содержащий два облака зарядов разных знаков, при этом релаксация заряда осуществляется исходя из предположения, что собственная проводимость диэлектрика пренебрежимо мала, а носители, освобождаясь из ловушек, движутся с эффективной подвижностью ? путем многократного перезахвата. Во многих работах этого направления не принимается во внимание влияние собственной проводимости диэлектрика на процесс нейтрализации элекретного заряда.
Скорость релаксации заряда за iет собственной проводимости определяется максвелловским временем релаксации ?м=??0/?.
Если ?=const(x), то плотность тока в цепи закороченного в процессе нейтрализации заряда диэлектрика (U=0) равна нулю:
.
Для описания релаксации заряда за iет проводимости диэлектрика была предложена модель электретного состояния, основанная на предположении о неоднородности диэлектрика по величине проводимости ?=f(x) [119]. В простейшем случае она сводится к анализу трехслойного диэлектрика, состоящего из двух внешних слоев толщиной h1/2 с удельной проводимостью ?1 и диэлектрической проницаемостью ?1 и внутреннего слоя толщиной h2 со значениями ?2 и ?2 соответственно. При изготовлении электрета на границе раздела слоев за iет поляризации Максвелла-Вагнера накапливается заряд ?0. В этом случае ток разрядки в закороченном диэлектрике равен:
, где . (1.11)
Направление тока разрядки электрета определяется соотношениями проводимостей ?1 и ?2 и диэлектрических проницаемостей ?1 и ?2 наружного и внутреннего слоев диэлектрика. Анализ экспериментальных данных по разрядке пленочных полимерных электретов при различных контактных условиях, проведенный на основе рассмотренной модели, свидетельствует о том, что удельная проводимость поверхностных слоев выше, чем внутренних.
.7 Характеристики электретного состояния и методы их измерения
Электретное состояние плоского свободного электрета толщиной h и диэлектрической проницаемостью ?. в одномерном приближении характеризуется двумя параметрами: суммарным зарядом q на единицу поверхности электрета и электретной разностью потенциалов Uэ между поверхностями х = 0 и х = h электрета:
; (1.12)
. (1.13)
Экспериментальное измерение q и Uэ осуществляется разными методами, основанными на принципе электростатической индукции.
Рис. 1.25. Распределение потенциала и напряженности электрического поля в момент компенсации при различном положении вибрирующего электрода относительно поверхности электрета: а) х = 0; б) х = h
Одним из наиболее часто используемых является метод компенсации с вибрирующим электродом, который позволяет определять два значения компенсирующей разности потенциалов Uк: U0 и Uh, если вибрирующий электрод расположен со стороны поверхностей х = 0 и х = h соответственно (рис. 1.25). Компенсирующая разность потенциалов регис?/p>