TechStandard

Полимерные электреты, их свойства и применение

Измерение тока ТСД осуществляется по схеме, показанной на рис. 26. Отличие состоит только в том, что вместо избыточного заряда на ловушках электрет имеет истинную дипольную поляризацию. При нагревании электрета между электродами по линейному закону Т=Т0+βt электрометр будет измерять ток разрядки, протекающий во внешней цепи.

По Дебаю,~-P, откуда получаем дифференциальное уравнение релаксации:

(53)

Введем частоту релаксации ω= 1/t. С

учетом выражения для t получаем: (54)

Эта величина зависит от времени, т.к. со

временем

повышается температура Т. Подставляя (54)

в (

53),

получим:

Заменяя переменные с использованием закона роста температуры, получаем дифференциальное уравнение релаксации, переменными которого являются Р и Т:

.(55)

Интегрируя по температуре от начального значения Т0 до данного текущего значения T, получаем:

(56)

Ток во внешней цепи можно найти на основании выражений: . Производную находим, продифференцировав решение (

56)

по температуре:

(57)

Окончательное выражение для тока ТСД принимает вид:

(58)

Эта зависимость имеет вид несимметричной «колоколообразной» кривой с максимумом (рис. 29). I(T)

Рис.

29. Кривая ТСД

Максимум кривой легко найти, вычислив производную приравняв ее нулю. Тогда температура Tm может быть найдена из уравнения:

(59)

Уравнение (59) содержит два искомых параметра – Ea и ω0. Их можно найти, если независимо определить один из них. Обычно находят энергию активации по методу Гарлика-Гибсона,

известному также под названием «метода начального подъема»

тока. Суть его в

том,

что на начальном участке нагревания образца, когда температуры T и Т0 не слишком отличаются, интеграл в (58) стремится к нулю, и выражение для тока ТСД принимает вид:

Логарифмируя его, получаем линейную зависимость lnI(T) от 1/T:

(60)

Её график приведен на рис. 30.

Найдя тангенс угла наклона прямой, находим величину Еа/k, откуда определяется энергия активации. После этого по формуле (59) можно вычислить частотный фактор. Следовательно, метод ТСД позволяет определить все параметры процесса релаксации в случае, когда в образце имеется один сорт диполей. При наличии нескольких сортов диполей график тока ТСД может иметь несколько пиков в разных областях температур, по которым можно судить о процессах внутри полимерного диэлектрика, отвечающих за релаксацию электретного состояния.

Заметим, что с увеличением энергии активации максимум на кривых ТСД смещается в сторону более высоких температур. Поэтому, сравнивая два диэлектрических материала на предмет их пригодности для изготовления долгоживущих электретов, их поляризуют при одинаковых условиях и снимают кривые ТСД. Тот материал, у которого пик ТДС находится в области более высоких температур, и будет, как правило, более пригодным для изготовления электретов. Действительно, Релаксация резко ускоряется с ростом Т. Поэтому если она протекает в данном материале медленнее при высоких температурах, она будет протекать медленнее и при комнатных температурах. При комнатных испытаниях почти в изотермических условиях приходится ждать многие сутки и даже месяцы, пока произойдёт существенное уменьшение поляризации. Снятие кривых ТДС ускоряет процесс испытания образцов в десятки и сотни раз. Сказанное справедливо и для электретов с избыточным зарядом, комбинированных электретов. Именно по этой причине термостимулированные методы исследований широко используются в лабораторной практике, в том числе на предприятиях, выпускающих электретные преобразователи.

Дополнительно

Становление детской журналистики и её влияние на психологию ребёнка
Русская пресса для юного читателя в отличие от «взрослой» началась с журнала. Детская журналистика в нашей стране имеет богатую историю. До революции, в основном в Петербурге и Москве, издавалось около трехсот детских и юношеских журналов. Одни из них выходили десятилетиями, другие прекращали ...

Высокопроизводительная, экономичная и безопасная работа технологических агрегатов металлургической промышленности
Высокопроизводительная, экономичная и безопасная работа технологических агрегатов металлургической промышленности требует применения современных методов и средств измерения величин, характеризующих ход производственного процесса и состояние оборудования. Автоматический контроль является логически ...