ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Термоэлектреты из "Полимерные электреты Издание 2" Процесс получения термоэлектретов удобно представить графически (рис. 19). Сначала образец полимера нагревают (обычно без воздействия внешнего электрического поля) до температуры поляризации Тп- Затем прикладывают постоянное электрическое поле Ей и выдерживают в этом поле в течение времени поляризации tn, после чего образец охлаждают до температуры хранения, например до комнатной температуры 7к, в поле Е . После этого поляризующее напряжение отключают — термоэлектрет готов. Значение и стабильность поляризации не зависят от того, прикладывается ли поле Еп в момент или в момент /2 (см. рис. 19). Существенно влияют на характеристики электретов время выдержки полимера под напряжением, температура поляризации и напряженность поля. [c.33] Напряженности поля в диэлектрике и в зазоре электрод — диэлектрик зависят от геометрических размеров диэлектрика, зазора и диэлектрических проницаемостей поляризуемого диэлектрика и диэлектрика в зазоре [см. формулы (19), (21)]. [c.33] Схема изменений напряженности поля п и температуры в -процессе получения термоэлектретов ( 1 — начало процесса 2 — начало поляризации — начало охлаждения t — конец поляризации — время поляризации при температуре поляризации Тп. [c.33] Схема получения тер.моэлектретов (а) и электрет пс сле получения (б). Стрелки показывают направление действия электрического поля в диэлектрике Е, в воздушных зазора.х Е, 2 и направление поляризации Р. [c.34] В начале поляризации гомозаряд на образце отсутствует, ар=0.. При -наложении напряжения V растет поляризация в электрете (и в прокладках), одновременно растет напряженность.поля в за-, зоре. Она растет до тех пор, пока не превысит пробивной прочности воздуха (см. гл. IV). При этом происходит разряд, носители зарядов (по-видимому, ионы, поскольку время жизни несвязанных электронов чрезвычайно мало) сорбируются на поверхности электрета, в результате этого напряженность поля в зазоре падает из-за уменьшения разности Р—сгр. С дальнейшим ростом Р опять происходит, возрастание 1 до пробоя, и носители заряда опять будут переходить на поверхность образца 50]. Такое циклическое заряжение происходит вплоть до максимального заряжения электрета. При использовании прокладок зазор будет пробиваться большее число раз и гомозаряд будет больше. Носители заряда, перешедшие в образец, распределяются в нем неравномерно, в основном гомозаряд сосредоточивается вблизи поверхности образцов. [c.34] Таким образом, при воздействии постоянного электрического поля на диэлектрик в нем происходит поляризация (ориентация диполей, смещение ионов и другие процессы) (рис, 20). Поляризация приводит к возникновению на поверхностях образца -заряда, противоположного по знаку потенциалу на близлежащем электроде—гетерозаряда. Вследствие коронных разрядов в промежутке электрет—электроды заряды с электродов переходят на поверхность, что приводит к появлению гомозаряда. При последующем охлаждении в поле заряды как бы вмерзают и остаются в таком состоянии длительное время. [c.34] На рис. 21 представлены полученные автором совместно с Шаталовым результаты измерений зависимости гетерозаряда (Р), определенного интегрированием тока термодеполяризации, от времени поляризации для полимеров ряда ароматических полиэфиров ПК, ПЭТФ, ПСФ с увеличением температуры поляризации скорость достижения максимальной поляризации Рмакс увеличивается. Изменение поляризации происходит по закону (47), что подтверждается данными, приведенными на рис. 22. [c.35] Зависимость логарифма относительной величины гетерозаряда электрета из высокомолекулярного ПК от времени поляризации при разных температурах ( п = 200 кВ/см). [c.36] Для каждого полимера режим поляризации следует определять индивидуально, вследствие, например, резкого уменьшения электрической прочности некоторых полимеров выше Тс. Температура Тп должна быть достаточно высока, чтобы можно было достичь максимальной или близкой к максимальной поляризации за достаточно короткое время, т. е. чтобы время релаксации было мало. Широкий интервал времен релаксаций в полимерах обусловливает необходимость в ряде случаев больших времен поля-ризации. Это происходит из-за того, что компонента поляризации, которая устанавливается за относительно короткое время, деполяризуется также за короткое время, а компонента, связанная с более медленно поляризуемыми диполями (сегментов в случае поляризации вблизи Тс), деполяризуется медленнее. Именно она обеспечивает большое время жизни электрета. [c.37] Выше был описан процесс образования гомозаряда в результате пробоев в воздушном промежутке электрет—электрод или электрет—диэлектрическая прокладка. Казалось бы, что температура на процесс разряжения в зазоре будет влиять незначительно, поскольку пробивная прочность воздуха мало зависит от температуры. Однако вследствие изменения диэлектрических проницаемостей полимера (электрета) и прокладки с изменением температуры меняется напряженность поля в зазоре, т. е. условия образования гомозаряда также будут изменяться с температурой. Напряженность поля в зазоре зависит и от ширины зазора. Обычно в экспериментах применяют накладные электроды (металлические электроды прикладывают к образцу), при этом зазор непостоянен он зависит от того, насколько ровные поверхности у электродов и электрета или у диэлектрической прокладки и электрета. С увеличением давления, создаваемого, например, весом электродов, зазор уменьшается. Из-за разной толщины воздушного зазора напряженность поля в зазоре и распределение гомозаряда по поверхности электрета неравномерны. Поскольку при техническом использовании электретов необходимо равномерное распределение зарядов по поверхности, для достижения его применяют специальные приемы, которые описаны в разд. Электроэлектреты . [c.37] Таким образом, для получения максимально возможных зарядов в. термоэлектретах необходимо соблюдать ряд условий и выбирать оптимальные для данного полимера Гп, п и ta. [c.37] Зав 1симость поверхностной плотности зарядов Оэфф на электретах из ПММА, определенной индукционным методом (1—3), и остаточной поляризации Р, полученной интегрированием тока деполяризации (4—6), при напряженности поля п = 10 (1, 4)- 20—(2, 5) 30 кВ/см (3, 6) от температуры поляризации Гц. [c.40] Из-за большого числа факторов, влияющих на заряд и стабильность электретов, наблюдаются расхождения в результатах экспериментов, проведенных исследователями на одних и тех же материалах. Так, свойства электретов существенно зависят от содержания примесей, молекулярно-массового распределения, структуры, степени кристалличности, т. е. от параметров, изменяющихся от одного промышленного образца к другому. Поскольку большинство экспериментов проводят с полимерами, промышленно выпускаемыми различными предприятиями и фирмами, все это приводит к расхождению в результатах у разных авторов. [c.40] Для иллюстрации зависимостей параметров электретов от технологических режимов приведем результаты, полученные с ПММА в1]. [c.40] Термоэлектреты готовили из образцов ПММА диаметром 50 мм, вырезанных из листа толщиной I,2-i- ,5 мм. На обе поверхности образца накладывали электроды из алюминиевой фольги диаметром 40 мм. Время под напряжением при заданной температуре составляло 1 ч. Образцы охлаждали в электрическом поле до комнатной температуры за 15—20 мин. Поверхностную плотность заряда определяли методом электростатической индукции. Гетерозаряд находили интегрированием по времени тока деполяризации по формуле (27), соответствующего релаксации гетерозаряда. Ток деполяризации измеряли при нагревании электрета со скоростью 6°С/мин от комнатной температуры до 190 °С. [c.40] Зависимость Оэфф ПВХ-электретов от 1/Т при разных напряженностях поля (а) и от напряженности поля п при разных температурах поляризации (б). [c.41] Знак заряда термо- или хемоэлектрета в зависимости от начального электросопротивления р1 и напряженности поляризующего поля (плюс — гетерозаряд, минус — гомозаряд). [c.41] Поскольку гомозаряд мало зависит от температуры, но с ростом температуры существенно растет гетерозаряд, при определенной температуре Р превышает гомозаряд, и происходит обращение знака СТэфф электрета. При анализе результатов следует учитывать, что максимально возможный заряд в нормальных условиях составляет 2,5—3 нКл/см на образцах с определенными геометрическими размерами (см. гл. IV). [c.41] Вернуться к основной статье