駐極體教學(xué)教材.doc

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1、駐極體精品文檔駐極體簡介1.駐極體的產(chǎn)生及分類1.1分類駐極體根據(jù)所帶的電荷性質(zhì)不同可分為靜電型駐極體和極性駐極體。1)靜電型駐極體靜電型駐極體中的電荷主要是被介質(zhì)表面或內(nèi)部的各種陷阱捕獲的帶電粒子(如電子、離子等),稱為駐極體的捕獲電荷,捕獲電荷有三個(gè)來源:一是電荷從介質(zhì)外面經(jīng)施加的電場推斥,沉積到介質(zhì)表面或注入到介質(zhì)表層一定深度,被那里的陷阱捕獲;二是介質(zhì)內(nèi)部的雜質(zhì)離子在極化電場的作用下,作宏觀位移,移至異號電極近旁的介質(zhì)層內(nèi),被那里的陷阱捕獲;三是有些電介質(zhì)特別是高聚物其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是不均勻的,有結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)的不同結(jié)構(gòu)交錯在一起。結(jié)晶區(qū)通常是一些微小的晶粒,當(dāng)極化電流通過介質(zhì)時(shí)

2、,在晶粒的兩個(gè)端面將積累著相反的電荷,如圖1-1所示。圖1-1電荷在晶粒界面的積聚2)極性駐極體收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔極性駐極體中的電荷是通過凍結(jié)取向偶極子而形成的。在沒有外電場作用時(shí),固體電介質(zhì)中的分子偶極子的指向是各向均等的,就整個(gè)電介質(zhì)而言呈中性,當(dāng)介質(zhì)處于電場中時(shí),每個(gè)分子偶極子轉(zhuǎn)向電場方向,介質(zhì)表面就呈現(xiàn)出帶電特性,這種電荷是被束縛在所屬的分子之內(nèi),不能脫離分子轉(zhuǎn)移到其他部位,故被稱為束縛電荷,通過一定的手段(如升溫極化后降溫)將這種有序取向凍結(jié),再撤去外加電場就形成了駐極體,如圖1-2。圖1-2極性駐極體中的偶極子取向1.1極化方法駐極體的極化方法有

3、很多種，大部分的極化方法是基于以下過程：把電介質(zhì)材料放入電場中，并對其施加一額外的物理作用以加速帶電粒子的遷移或縮短偶極弛豫時(shí)間。其中的物理作用的形式可以是加熱、輻照、施加磁場等。即使在沒有外電場作用是駐極態(tài)也會出現(xiàn)在電介質(zhì)中。例如，電介質(zhì)的機(jī)械形變可以產(chǎn)生機(jī)械駐極體；電暈放電時(shí)的電介質(zhì)充電過程可以產(chǎn)生電暈駐極體；摩擦誘發(fā)的電氣化過程可以產(chǎn)生摩擦駐極體等?，F(xiàn)將常用的駐極體極化方法簡要介紹如下。1)電暈極化電暈極化法是一種應(yīng)用最為廣泛的極化方法，該方法通常是在常壓大氣中進(jìn)行的。該方法是在針狀電極或片狀上電極與電介質(zhì)一面之間產(chǎn)生一個(gè)分均勻性的電場。上電極與樣品表面之間要保持一定的距離，背

4、電極與樣品的另一面相接觸。如果外部施加的電壓超過空氣擊穿的閾值時(shí)，便會有電流i產(chǎn)生。極化時(shí)，也可以對樣品同時(shí)進(jìn)行加熱，這樣可以提高對電荷的捕獲能力。圖1-收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔3是一種典型的電暈極化裝置示意圖。以如圖所示裝置進(jìn)行電暈充電時(shí)，樣品的表面電位分布極不均勻，會沿樣品徑向方向呈鐘形分布。表面電勢的這種分布規(guī)律可由Deutsch導(dǎo)出的電暈場電流分布方程1.1來描述：（1.1）其中r是樣品上任意一點(diǎn)到電暈針正下方樣品中心點(diǎn)的距離，l是電暈針到樣品之間的距離，i是距離中心距離為r處的電流密度。圖1-3電暈極化裝置示意圖為了改善充電的均勻性，可以在電暈針和樣品之

5、間附加一個(gè)平行于樣品表面的金屬柵網(wǎng)，并在柵網(wǎng)與下電極之間提供一個(gè)與電暈電壓極性相同的電壓，形成柵控恒壓電暈充電。這樣既可以使樣品捕獲電荷的橫向分布均勻，同時(shí)可以有效地控制樣品的注入電荷密度。1)熱極化收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔熱極化法是在一定的高溫下對電介質(zhì)材料施加一外電場，使熱活化的分子偶極子沿電場方向取向或?qū)⒖臻g電荷經(jīng)電極注入電介質(zhì)，并在保持電場不變的情況下冷卻至某一低溫值，以凍結(jié)取向偶極子或促進(jìn)空間電荷的捕獲。對于聚合物材料，熱極化溫度通常選定在材料的玻璃相變溫度與熔點(diǎn)之間。外電場可以通過樣品表面的蒸鍍電極或外加電極作用于電介質(zhì)上。熱極化時(shí)，會同時(shí)存在三種充電

6、現(xiàn)象：第一種是偶極子取向極化或者是由電介質(zhì)內(nèi)介電吸收的電荷分離形成異號電荷的內(nèi)部極化；第二種是由于氣隙間的火花放電在樣品表面和體內(nèi)沉積的同號電荷；第三種是通過接觸電極注入同號電荷。這些現(xiàn)象中哪一種起主導(dǎo)作用和電介質(zhì)材料以及充電電極的幾何形狀、充電過程的溫度、充電電場的大小以及電極與材料界面處的物理狀況由密切的關(guān)系。1)界面夾層極化界面夾層極化是一種研究兩種電介質(zhì)材料接觸界面上電荷存儲性質(zhì)時(shí)所用到的極化方法。如圖1-4所示，若有兩種電介質(zhì)材料相互密切接觸，其介電常數(shù)分別為e1、e2，電導(dǎo)率為g1、g2，厚度為d1、d2，當(dāng)施加電壓U后應(yīng)有如下關(guān)系：在穩(wěn)態(tài)時(shí)有（1.2）e1E1=e2E2

7、J=g1E1+g2E2在開始態(tài)至穩(wěn)態(tài)時(shí)，電場分布隨時(shí)間而變化，其傳導(dǎo)電流密度J=J（t），且有J11J2（1.3）J1=g1E1J2=g2E2由于從開始態(tài)到穩(wěn)態(tài)的過渡過程中，雙層介質(zhì)中傳導(dǎo)電流密度不相等，因此，必然在介質(zhì)的分界面上形成自由電荷的聚集，造成電介質(zhì)中電荷的不均勻分布，這就是一種空間極化（夾層極化）。而J=J（t）就是單位時(shí)間內(nèi)聚集在單位界面上的電荷。收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔圖1-4界面夾層極化示意圖1)軟X光極化軟X光充電法