Реферат: Полимерные электреты

ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ

«Полимерныеэлектреты, их свойства и применение».

Выполнил:Гавренков А.А.

Проверил: Рожков И.Н.

Оренбург 2001

ПЛАН:

1.<span Times New Roman"">

История и сущность явления

2.<span Times New Roman"">

Типы электретов

3.<span Times New Roman"">

Получение электретов

4.<span Times New Roman"">

Поверхностный потенциалэлектрета

5.<span Times New Roman"">

Получение электретов сзаданным поверхностным потенциалом

6.<span Times New Roman"">

Электрические поляэлектретов

7.<span Times New Roman"">

Эффективная поверхностнаяплотность заряда

8.<span Times New Roman"">

Измерение поверхностногопотенциала и эффективной поверхностной плотности заряда электретов

9.<span Times New Roman"">

Релаксация заряда электретов

Все мы знаем о таких понятиях как магнетизм,постоянный магнит. Сталкивались с этим явлением в природе и в технике. Со школызнаем о веществах, которые намагничиваются в магнитном поле – ферромагнетиках.Нам известно о свойствах и природе магнетизма, а об электретах мы не знаемничего, хотя в быту встречаемся с ними часто.

Диэлектрики, способныесоздавать постоянное электрическое поле, называют электретами. В древности людисталкивались с этим явлением, электризация серы, янтаря, воска, смол. Ноширокого применения не получили.

Первые научные сведения об электретном состоянииесть в работах английского учёного С. Грея (1732 г.), М. Фарадея (1839 г.).Термин «электрет» впервые ввёл О. Хевисайд (1892 г.), а изучать это явлениеначал японский физик Егути в 1919 г.

<img src="/cache/referats/9503/image001.gif" v:shapes="_x0000_s1116"><img src="/cache/referats/9503/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1115"><img src="/cache/referats/9503/image003.gif" v:shapes="_x0000_s1114"><img src="/cache/referats/9503/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1113"><img src="/cache/referats/9503/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1112"><img src="/cache/referats/9503/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1111"><div v:shape="_x0000_s1110"> Е

Е0

<img src="/cache/referats/9503/image021.gif" v:shapes="_x0000_s1117 _x0000_s1119"> <div v:shape="_x0000_s1120"> Охлаждение в поле <img src="/cache/referats/9503/image022.gif" v:shapes="_x0000_s1121"> <div v:shape="_x0000_s1122">

Выключение поля, снятие электродов

<img src="/cache/referats/9503/image023.gif" v:shapes="_x0000_s1118">
Рис. 1. Получения электрета по Егути: 1 –расплавленный воск в электрическом поле; 2 – готовый электрет. Е0 – «внешнее»электрическое поле, Е – электрическое поле электрета.

Заряды на поверхности диэлектрика можно объяснить егодипольной поляризацией. В воске – полярном диэлектрике – имеются группы атомов,обладающие постоянным дипольным моментом. Где дипольный момент это физическаявеличина, характеризующая диполь как систему двух одинаковых по модулю ипротивоположных по знаку зарядов q, расположенных нарасстояние lдруг от друга, равная по модулю произведению зарядана расстояние между ними: p= ql. Дипольный момент –векторная величина, её модуль равен р, а направление – от отрицательного кположительному заряду. В исходном состоянии дипольные моменты ориентированы хаотически,так что их векторная сумма равна нулю.

При наложение электрического поля на твёрдый воскдипольные моменты групп не смогут ориентироваться, так как повороту диполей препятствуютсоседние молекулы и группы атомов (нет достаточно свободного объёма, великовзаимодействие с соседями) и возникает только индуцированная упругаяполяризация диэлектрика. Напротив, после расплавления дипольные группыприобретают подвижность и при включение электрического поля будуториентироваться вдоль силовых линий. Если, не выключая поля, охладить воск доотвердевания, то диполи потеряют подвижность – «заморозятся» в ориентированномсостоянии.

После выключения поля поляризация диэлектрика неможет исчезнуть – получается электрет. В нём будет существовать собственноеэлектрическое поле Е. Как видно из рис. 1, оно направлено так, что стремитсяразориентировать диполи. Поэтому поляризованное состояние воска неравновесно– оно неустойчиво и со временем будет исчезать, стремиться к равновесному,исходному. Такой переход образца в термодинамически равновесное состояниеназывают релаксацией.

Егути экспериментально обнаружил и такое явление,позже неоднократно наблюдавшееся на опыте разными исследователями, как переходот гетеро- к гомозаряду в процессе хранения поляризованного электрета. (Гомозаряд– заряд поверхности диэлектрика, совпадающий по знаку с зарядомприлегавшего к ней электрода). Явление указывает на существенную роль инжекцииносителей заряда из электродов в процессе изготовления электрета.

В 40-е гг. ХХ в. интерес к электретному эффектувновь увеличился в связи с изобретением ксерографии – способа копированиядокументов методом электрографии. Для этого используют пластины, покрытые слоемполупроводника, который в темноте обладает высоким удельным сопротивлением, неотличаясь по существу от диэлектрика. Поверхность равномерно заряжаю в темноте,получая тем самым электрет, который достаточно долго удерживает сообщённый емузаряд. Затем на поверхность проецируют изображение копируемого документа. Вместах, где полупроводник освещён, световые кванты генерируют носители заряда(явление внутреннего фотоэффекта) – электроны и дырки, которые, двигаясь вэлектрическом поле электрета, компенсируют поверхностный заряд в освещённыхместах. В тех же местах, куда свет не попадает, заряд остаётся. Получается «электрическоеизображение». Его проявляют, распыляя над поверхностью специальный порошок,прилипающий к заряженным участкам пластины. Прижимая лист бумаги к пластине,переносят порошок на бумагу. Для закрепления изображения необходимо предотвратитьосыпания порошка. Для этого лист нагревают, порошок плавится и прочно скрепляетсяс бумагой. Этот процесс до сих пор является основой работы многих копировальныхаппаратов, лазерных принтеров.

Подъём исследований по электретам начался в 60-егоды ХХ в. В 1962 г. создан первый электретный микрофон. Это был первыйэлектроакустический преобразователь – устройство, преобразующее механическиеколебания акустических частот в электрический сигнал того же диапазона частот(микрофон), либо электрических колебаний звуковой частоты в механическиеколебания (телефон, громкоговоритель). Электретные микрофоны стали выпускатьсерийно. Позже появились<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">

электретные телефоны идинамики, акустические системы для воспроизведения звука. Практика опережалатеорию, так как электретный эффект в полимерных диэлектриках был в то время ещенедостаточно изучен.

Потребности производства, интерес ведущих фирм,выпускающих звукозаписывающую и звуковоспроизводящую аппаратуру стимулировалиисследования ряда зарубежных ученых. В 60-70-е гг. появляются основополагающиеработы Б.Гросса, Г.Сесслера, М.Перлмана, И. Ван Тюрнхаута. К.Икезаки, X. фонЗеггерна и мн. др. Стали вестись работы и в нашей стране. Появляются статьи имонографии А.Н.Губкина, Г.А.Лущейкина, О.А.Мяздрикова и В.Е.Манойлова,В.М.Фридкина, П.Н.Ковальского и А.Д.Шнейдера, Е.Т.Кулина и др.

В 70-80-е гг.складывается школа электретных исследований в ЛГПИ им. А.И.Герцена (В.Г.Бойцовс сотрудниками), МИЭМ (А.Н.Губкин с сотрудниками). В эти же годы исследованияпроводились также в ЛЭТИ (М.Ю.Волокобинский, В.Н.Таиров и др.), ЛПТИ(М.Э.Борисова, С.Н.Койков) и других вузах страны. Результаты внедрялись впроизводство электретных микрофонов на тульском предприятии «Октава».

Рост интереса кэлектретам связан с бурным развитием физики и химии полимеров. Практически всеприменяемые на практике электреты изготовляются из полимерных диэлектриков.Наиболее удачными оказались фторполимеры — политетрафторэтилен (ПТФЭ),сополимер тетрафторэтилена сгексафторпропиленом ЩТФЭ-ГФП). Изучается возможность использования в качествематериала для производства электретов полиолефинов, особенно полипропилена, которыйзначительно дешевле фторполимеров. Ведется поиск других полимерных диэлектриковс более высокими электретными свойствами. Поэтому подавляющее большинство публикуемыхнаучных работ посвящено полимерным электретам (в т.ч. и книга Г.А.Лущейкина).

В 1969 г. японский физикХ.Каваи открыл в полимерном диэлектрике поливинилиденфториде (ПВДФ)пьезоэффект, явление, которое ранее было известно только в кристаллическихтвердых телах. Полимерные пьезо — и сегнегоэлектрики интенсивно изучаютсяпараллельно с электретными свойствами этих же материалов

Перейдем теперь к систематическому изложению теорииэлектретного эффекта.

Электреты — диэлектрики, способныенакапливать и длительно сохранять электрический заряд или поляризацию.

Они могут создавать вокружающем пространстве электростатическое поле. Существует электрическое полеи внутри заряженного или поляризованного электрета. Отметим, что наличие вдиэлектрике поля или поляризации в отсутствие внешнего электрического поля ещене является признаком электретного состояния. Действительно, они могут существоватьв сегнетоэлектриках — веществах, обладающих спонтанной(самопроизвольной) поляризацией.

Сегнетоэлектрики(сегнетова соль, титанат бария и др. кристаллические вещества) по своимсвойствам во многом аналогичны ферромагнетикам. В тех и других имеются области- домены, — где магнитные или дипольные электрические моменты ориентированыпараллельно друг другу без всякого воздействия внешнего магнитного илиэлектрического поля. При внесении в поле ферромагнетики намагничиваются, асегнетоэлектрики приобретают поляризацию, на их гранях появляются связанныезаряды, не исчезающие после выключения поля. Те и другие имеют точки Кюри ит.п. Характерным свойствам сегнетоэлектриков и ферромагнетиков является то, чтонамагничение или спонтанная поляризация существует в них в состояниитермодинамического равновесия и может сохраняться сколь угодно долго, есливнешние условия неизменны. При нагревании до точки Кюри спонтанная поляризацияи намагничение исчезают, происходит фазовый переход, в результате которого сегнетоэлектрик становится обычным полярнымдиэлектриком, а ферромагнетик — парамагнетиком, при охлаждении происходитобратный фазовый переход, в результате которого восстанавливаются сегнето- илиферромагнитные свойства

В отличие от сегнетоэлектриков, электрет с«замороженной» поляризацией является термодинамически неравновеснымобъектом Его состояние неустойчиво, а нагревание ведет к быстромунеобратимому разрушению поляризации диэлектрика Неравновесность — основноесвойство электретного состояния, каковы бы ни были конкретные механизмы егополучения. Релаксация, переход в равновесное — неполяризованное, незаряженное состояние,характерна для любого электрета. Она является не только отличительным признакомэлектретов, но и причиной технических трудностей, с которыми сталкиваютсяпроизводители электретных ЭАП, стимулом настойчивых поисков материалов, изкоторых можно изготовить «долгоживущие», стабильные электреты, у которыхпроцесс релаксации протекает как можно медленнее

Релаксация электретного состояния сопровождаетсяуменьшением величины избыточного заряда, накопленного электретом, поверхностногопотенциала, протеканием тока в объеме образца и др. явлениями Она можетпроисходить как при постоянной температуре(изотермическая релаксация — ИТР), так и при повышении температуры современем по определенному закону (термостимулированная релаксация — ТСР)

Релаксация ускоряется под воздействием факторовокружающей среды — ионизирующих излучений, атмосферной влажности, пыли, механическихнапряжений и деформаций и др. Она может протекать самопроизвольно, бесконтрольно- при хранении или эксплуатации изделий, содержащих электреты, и использоватьсякак инструмент научных исследований электретного эффекта. В последнем случае ведетсярегистрация временной или температурной зависимости заряда, потенциала илитока, протекающего в образце в процессе релаксации Экспериментальные методики сприменением термостимулированной релаксации позволяют получить важную информациюо природе электретного состояния в данном полимере, кинетических и структурныхпереходах в полимерных диэлектриках и др.

Типы электретов

Электреты могут классифицироваться по типуэлектрически неравновесного состояния диэлектрика (электреты с «истинной»,ориентационной дипольной поляризацией; электреты с объемно-зарядовойполяризацией; с избыточным внедренным зарядом; комбинированные), материалудиэлектрика (неорганические кристаллические электреты, полимерные электреты,биоэлектреты и т.п.), методу получения (термо-электреты, электроэлектреты,короноэлектреты, радиоэлектреты, фотоэлектреты, механоэлектреты, трибоэлектретыи т.п.).

Рис. 2. Классификация электретов по природеэлектрически неравновесного состояния

Получение электретов

Электреты с истинной, ориентационной дипольнойполяризацией получают из полярных диэлектриков, в которых молекулы, группы атомов,звенья, сегменты и т.п. структурные и кинетические единицы имеют постоянныйдипольный момент. В качестве таких диэлектриков могут служить смолы, отдельныеполимерные материалы (ПММА — оргстекло, ПВДФ, ПК и др.). Последние применяютсяв современных условиях чаще всего. Наличие постоянного дипольного моментанедостаточно для получения электрета. Важным условием является то, чтобыкинетическая единица, несущая дипольный момент, при «нормальных», комнатныхтемпературах не могла совершать повороты на большие углы, а совершала бынебольшие колебания около положения равновесия. Только тогда поляризованноесостояние диэлектрика может сохраняться длительное время.

Если в данном полимерном диэлектрике наибольшийпостоянный дипольный момент имеет сегмент, то ориентация таких диполей во внешнемэлектрическом поле будет возможна только при Т> Тс (Тс — температурастеклования аморфной фазы полимера). После охлаждения в поле до Т< Тссегменты, авместе с ними и дипольные моменты «застынут» в ориентированном состоянии, аобразец в целом приобретет поляризацию — получится электрет. Если же дипольныемоменты сегментов равны нулю, а отличны от нуля у боковых групп, электрет можетбыть получен, если диэлектрик выдержать в поле при температуре выше точкирелаксационного перехода, при котором размораживается подвижность боковыхгрупп, а затем охладить в поле до температур, лежащих ниже области перехода.

Электреты с истинной ориентационной дипольнойполяризацией, полученные по данному способу, называют термозлектретами.Схема их получения отражена на рис 3.

Электреты с объемно-зарядовой поляризацией (ОЗП)<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">

получают по следующей схеме. В диэлектрике путемвнешнего воздействия (нагревания, освещения, рентгеновского облучения) вызываютпоявление пар носителей заряда (электрон-дырка, положительный ион-отрицательныйион). Прикладывают внешнее электрическое поле, которое разводит носители впротивоположные стороны. Эти носители накапливаются у границ диэлектрика,на фазовых границах и неоднородностях Часть из них захватывается ловушками- электрически активными дефектами материала, способными захватывать иудерживать носитель заряда.

0 t

Рис 3 Схема получения термоэлектрета с истиннойполяризацией

Ловушками электронов и дырок могут служить дефектыкристаллической решетки — примесные атомы, вакансии и др., отдельные группы атомов,имеющие положительное сродство к электрону или дырке (последнее означает, чтоприсоединение электрона либо дырки к данному атому или группе атомовэнергетически выгодно). Для носителей заряда ионной природы ловушками могутслужить «полости» между макромолекулами в аморфных полимерах и аморфныхпрослойках частично-кристаллических полимеров, дефекты кристаллитов и др.неоднородности, препятствующие движению иона. Природа ловушек в ряде материаловне выяснена до конца, однако нас интересует сам факт их наличия вдиэлектрике

Рис 4 Уровни ловушек в запрещенной зоне диэлектрика1-«глубокие» ловушки, 2 — «мелкие» ловушки, 3 — носители заряда на ловушке, 4 — свободный электрон в зоне проводимости, 5 -свободная дырка в валентной зоне

Длякристаллических веществ применима зонная теория. С точки зрения этой теорииловушке соответствует энергетический уровень, лежащий в запрещенной зонедиэлектрика, причем достаточно удаленный от «дна» зоны проводимости или«потолка» валентной (рис 4) Если энергетический «зазор» составляет менее 1 эВ.ловушка считается мелкой, а при значениях, больших 1 эВ — глубокой.Энергетическая «глубина» ловушки часто называется энергией активацииловушки (Еa) Это минимальная энергия, которуюнеобходимо сообщить носителю заряда, находящемуся в ловушке, для его освобождения — перехода в зонупроводимости. Деление ловушек на мелкие и глубокие достаточно условно. Глубокиеловушки при комнатной температуре могут удерживать носитель, попавший на такойуровень, несколько месяцев и даже лет. При повышении температуры вероятностьвыхода носителя из ловушки (ww~exp(E/kt) t,) резковозрастает:

<img src="/cache/referats/9503/image031.gif" v:shapes="_x0000_i1028"> (1)

где k-постоянная Больцмана, Т — абсолютная температура, Еа-энергия активации ловушки.

Носители, попавшие на ловушки, останутся там и послевыключения электрического поля и внешнего воздействия, приводившего к генерациипар носителей заряда. Получится электрет, у противоположных поверхностейкоторого будет пространственный электрический заряд разного знака. В образцебудет существовать внутреннее электрическое поле, которое стремится соединить,вновь «смешать» разделенные внешним полем заряды. Но этому препятствуютловушки, удерживающие носители.

Рис. 5. Электрет с объемно-зарядовой поляризацией- I — получение; 2 — готовый электрет

Состояниеэлектрета, как и в случае истинной поляризации, неравновесно. Отдельныеносители, случайно, в результате флуктуации получившие энергию, достаточную дляперехода в зону проводимости (или валентную — для дырок), будут освобождаться,и двигаться во внутреннем поле электрета. В результате будет происходитьрелаксация ОЗП. С ростом температуры релаксация ускоряется.

Электреты с избыточнымвнедренным зарядом наиболее широко применяются в практических целях.Их, получают в результате электризации нейтрального диэлектрика.Электризация сводится к внедрению в образец извне носителей заряда определенногознака (или обеих знаков), либо отрыву электронов от образца, в результате которогоон приобретает нескомпенсированный отрицательный или положительный заряд.

Электризациядиэлектриков может происходить при трении (трибоэлектреты), приоблучении потоком электронов, протонов, положительных или отрицательных ионов,воздействии электрических разрядов (искрового, коронного, тлеющего). Наиболеешироко используется для электризации диэлектриков коронный разряд, в результатекоторого получаются короноэлектреты. Кроме того, избыточныйэлектрический заряд может быть инжектирован из электродов, прилегающих кповерхности образца. Механизмы инжекции могут быть разными, но результатодинаковый — в приповерхностном слое диэлектрика на ловушках образуетсяпространственных заряд, совпадающий по знаку со знаком заряда электрода (гомозаряд).

Втехнических целях чаще всего применяются электреты, полученные из тонких неполярныхфторполимерных пленок толщиной 10-25 мкм, которые могут быть с одной стороныпокрыты тонким слоем металла, чаще всего алюминия. Металлический слой наносятметодом вакуумного распыления. Он служит одним из электродов устройства, в которомиспользуется электрет. Электрет электризуется, как правило, в коронном разрядесо стороны свободной поверхности полимера и имеет в диэлектрике избыточноезаряды одного знака (моноэлектрет). В напылённом металлическомслое индуцируется и сохраняется заряд противоположного знака. Подробнееметодика приготовления короноэлектрета будет описана ниже, после ознакомления спонятием поверхностного потенциала.

Комбинированныеэлектретысодержат как истинную поляризацию, так и избыточный электрический заряд одногоили разных знаков. Они получаются из полярных диэлектриков, в которых имеютсядипольные группы и ловушки, способные захватывать неравновесные носителизаряда.

Неравновесные носители -носители заряда любойприроды, концентрация которых превышает равновесное при данной температуре значениеВ полупроводниках и диэлектриках при температурах, отличных от ОК, в состояниитермодинамического равновесия имеется некоторая концентрация собственныхносителей заряда, пропорциональная ехр<img src="/cache/referats/9503/image035.gif" v:shapes="_x0000_i1030">

Образованиеполяризации и избыточного заряда может происходить при разных способахполучения электретов. Например, при электризации коронным разрядом полимерныхполярных диэлектриков при температурах, лежащих в области подвижности кинетическихединиц, обладающих дипольным моментом, наряду с накоплением неравновесногозаряда в диэлектрике произойдет ориентация диполей. После охлаждения и выключениякоронного разряда поляризация «заморозится», а неравновесные носители, внедрившиесяв полимер, захватятся на ловушки.

Рис. б. Электрет сдиполъной поляризацией и избыточным зарядов на ловушках

Поверхностный потенциал электрета (электретнаяразность потенциалов)

Для практического использования электретов важноезначение имеет значение электретной разности потенциалов (ЭРП)или поверхностного потенциала.

Рассмотрим электрет в виде бесконечно протяженнойпленки, одна сторона которой покрыта металлическим слоем, а другая равномернозаряжена по поверхности с поверхностной плотностью заряда σ. Толщинупленки обозначим буквой s

Рис.7.Электрет с поверхностным,зарядом

Так как внутри электрета имеетсяэлектрическое поле, то между его противоположными сторонами имеется разность потенциалов.Ее легко найти, используя связь напряженности и разности потенциалов.

Вданном случае, поскольку электрет заряжен только по поверхности, поле внутри негобудет однородным. Его силовые линии будут направлены перпендикулярно к поверхностипленки. Тогда- ЭРП будет находиться по формуле, хорошо знакомой дажешкольникам:

V=Еs,(2)

где.E-напряженность поля внутри плёнки.

а) б)

Рис.8. Электрет с объемным зарядом: а — схема электрета в разрезе; б — графикраспределения объемного заряда

Если электрет имеет пространственный (объемный) заряд,плотность р(х) которого зависит только от одной координаты х (см.рис. 8), то электрическое поле внутри не будет однородным, так как напряженностьбудет зависеть от х. В этом случае выражение для ЭРП имеетвид:

Получение электретов сзаданным значением поверхностного потенциала

Метод электризации диэлектрических пленок в коронномразряде стал наиболее распространенным на практике. Он отличается простотой идоступностью, возможностью получения электретов с заданным значениемповерхностной плотности заряда или поверхностного потенциала.

Для электризации с помощьюкоронного разряда поместим пластину или пленку диэлектрика на металлическийплоский электрод (рис. 9). Этот электрод может быть заранее нанесен наповерхность пленки в заводских или лабораторных условиях методом вакуумногораспыления алюминия, золота и др. металлов.

Рис.9 Электризация в коронном разряде: 1 — диэлектрическая пленка, 2 — металлическийэлектрод;3 -игла, 4- источник высокого напряжения

На некотором расстоянии отповерхности пленки помещают заостренный электрод в виде иглы или тонкойпроволоки, натянутой параллельно поверхности образца. Обычно применяютигольчатый электрод. Между электродами прикладывается разность потенциалов в несколькотысяч вольт. Электрическое поле вблизи иглы является сильно неоднородным иможет достигать значений, при которых начинается электрический пробой воздуха(около 33 кВ/см при нормальных условиях) Развивается коронный разряд, вцепи появляется ток, который в воздухе обусловлен в основном движением положительныхи отрицательных ионов.

Допустим,что игла соединена с отрицательным полюсом источника высокого напряжения. Тогдаобразующиеся в воздухе ионы положительного знака будут притягиваться к игле, аотрицательные отталкиваться. Возникает поток отрицательных ионов, направленныйк диэлектрику. Попадая на поверхность диэлектрика, ионы разряжаются, отдаваясвой заряд поверхностным ловушкам, либо оседают на поверхности образца. В любомслучае поверхность диэлектрика приобретает отрицательный поверхностный заряд.Исследования показывают, что глубина проникновения захваченного зарядапри электризации в коронном разряде не превышает 1 мкм.

Недостатоксхемы, приведенной на рис 9, в том, что поверхностный потенциал в процессеэлектризации не контролируется. Он будет расти по мере ростаплотности осажденного неравновесного заряда, причем его величина можетдостигнуть значений, при которых наступает пробой данного диэлектрика. Втехнических приложениях электретов важно знать величину поверхностногопотенциала. В полимерных пленках толщиной 10-25 мкм, используемых в электретныхпреобразователях, она, как правило, должна быть в пределах 50-300 В.

Решитьпроблему позволяет конструкция, названная на Западе «коронным триодом» иликоротроном, которая сейчас используется повсеместно в лабораторных и производственныхустановках.

Рис10 Устройство коротрона- I — электризуемыйдиэлектрик, 2 — нижний электрод. 3 — игла, 4 — сетка, 5 — источник постоянногонапряжения сетки, 6 — источник высокого напряжения

Металлизированнаяс одной стороны пленка помещается металлизированной стороной на заземленныйэлектрод-подставку. Игла располагается на расстоянии несколькихмиллиметров над свободной поверхностью диэлектрика и соединена с источникомвысокого напряжения. Полярность на игле зависит от необходимого знака зарядаэлектрета. Между иглой и образцом рас положена металлическая сетка. Насетку подают от вспомогательного источника постоянного тока 5 относительно«земли» потенциал, равный необходимому поверхностному потенциалу электрета исовпадающий по знаку с полярностью иглы, и включают источник высокогонапряжения.

Потокионов коронного разряда устремляется сквозь сетку к образцу. По мере зарядки,потенциал поверхности электрета относительно «земли» повышается. Пока он нижепотенциала сетки, ионы продолжают достигать поверхности диэлектрика,обеспечивая дальнейший его рост. Но как только потенциалы поверхности и сеткисравняются, электрическое поле между сеткой и электретом исчезнет. Ионы не будутдвигаться к поверхности диэлектрика, а все будут разряжаться на сетке прибора.

Таким образом, применение сетки позволяет зарядитьэлектрет до нужного значения поверхностного потенциала. Чтобы зарядить пленку зарядомдругого знака, достаточно поменять местами полюса источников тока.

Рис 11 Зарядка с помощью «жидкостного контакта»:1 электретная пленка; 2 — металлическийэлектрод; 3 — ткань или войлок, смоченные жидкостью; 4 — источник постоянного напряжения

Управляемуюэлектризацию можно осуществить и другим способом — методом «жидкостногоконтакта». В этих целях пленка помещается на плоский металлический электрод, ав качестве заряжающего электрода используется металлический электрод, покрытыйслоем войлока, материей, промокательной бумагой. Перед зарядкой материя иливойлок смачиваются дистиллированной водой или этиловым спиртом, и электродставится на свободную поверхность пленки. Включается источник постоянного напряжения,на выходе которого устанавливают нужную величину разности потенциалов. Затем,не выключая напряжения, отрывают электрод от поверхности диэлектрика.Поверхность оказывается заряженной, причем поверхностный потенциал почти всегдасовпадает со значением напряжения, приложенного при электризации

Механизмявлений, происходящих при такой электризации ясен не до конца. Возможно, чтозаряд переносится за счет микроразрядов, возникающих при отрыве влажногоэлектрода от диэлектрика. Стабильность электретов, заряженных таким методом, иногдауступает стабильности заряда короноэлектретов. В технических целях он практическине используется, но в условия физкабинета может быть с успехом использован.

Электрические поляэлектретов

Электрические поля электрета с поверхностным зарядом

Электреты, в зависимости от характера внедренногозаряда, наличия или отсутствия электродов, могут создавать электростатические полякак

внутри диэлектрика, так и вокружающем пространстве.

Есливзять тонкую пленку полимерного диэлектрика, продольные размеры которойзначительно превышают толщину, то ее можно считать «бесконечно протяженной».Именно для таких пленок в дальнейшем будут проводиться расчеты полей, токоврелаксации и др. параметров электретов.

Зарядимповерхность пленки одним знаком заряда. Заряды захватятся поверхностнымиловушками и будут удерживаться на них длительное время (рис. 12).

Рис. 12. Моноэлектрет безэлектродов создает в пространстве электрическое поле</

еще рефераты

Еще работы по физике

Реферат по физике

Кинетика двухатомного газа

26 Июня 2015

Реферат по физике

Кинетическое уравнение Больцмана

26 Июня 2015

Реферат по физике

Применение лазеров в технологических процессах

26 Июня 2015

Реферат по физике

Введение основных понятий в оптику

26 Июня 2015