Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 166
Текст из файла (страница 166)
24.7). Поверхностная разрядка электрета. В общем случае спад поверхностного потенциала электрета определяется как процессами в его объеме, так и на его поверхности. Причем, даже в отсутствие повышенной влажности при комнатной температуре, вклад поверхностной электропроводносгн в суммарный абсорбцнонный тох может быть значительным, а иногда и определяющим: Полимер..... ПТФЭ ФЭП-тефлон Леля поверхностного тока, 35 100 60 Среда . Вакуум Полимер ПС ПЭ ПВХ ПЭТФ ФЭП- 1(оля поверхностного тефлон тока, % 50 50...60 0 О 60 Среда .
. . . Вакуум Всндух Обозначения: ПВХ вЂ” поливинилхлорнд, ПЭТФ вЂ” полиэтилентерефталат. ПС вЂ” полистирол, ПТФЭ вЂ” политетрафторэтнлен, ПЭ— полиэтилен, ФЕП-тефлон — сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом. Впервые нв важную роль поверхностной разрядки в релаксации зарядов у электретов, в особенности при повышенной влажности, обратил внимание А. Е. Заев (1966 г).
Учесть зто обстоятельство количественно оказалось не так-то просто. Математические модели в форме телеграфных уравнений, которымн пользовались в высоковольтной технике (например, модель М. И. Мантрова), оказались непригодными для расчетов разрядки электретов из-за несопоставимости граничных условий. Рис. 24.7. Зависимости (/,/(/„р от времени хранения прн повышенной влажности окружающей среды 98~2 Ж у электретов 1 — !'о/Рч р(1; Я вЂ” У о/!'лр) ! Эхекгрегьг (равд. 24] а.а 0 1 2 5 4 а.е. Рис. 24.8. Зависимости безразмерного поверхностного потенциала электрета от безразмерного времени при образовании БК в различные моменты времени 1 — до окончания электризации; 2 — к моменту окончания электразацнв; 3, 4 — в процессе хранения электрета В 1977 г. В. П.
Шуваев с сотрудниками предложили рассчитывать спад поверхностной плотности заршга электрега в среде с новышенной влажностью по формуле о„(1)= =п,(о) ехр( — у,гй, '), где у. — удельная поверхностная электрическая проводимость, экспоненцнально завнснщая от краевого угла смачиваннн, а й,=салий Однако согласно этой формуле электреты должны были бы разряжаться почти до нуля. В то же время известно, что электреты во многих охучаях, разряжаясь до значений (Г,= = 150...!ОО В, далее почти не изменяют свои поверхностные потенциалы.
Не учитывается в этой формуле и тот факт, что, как установили, в частности, Д. Н. Колдервуд с коллегами, П. Аткинсон и Р. Флеминг, удельное поверхностное сопротивление ди- аэ ~000 б 2) 6 20 а уп сй Рнс. 24.9. Перколяцнонный переход при релаксации поверхностного потенциала электретов из ПТФЗ толщиной ЭО мкм и плогцадью 20 Х 20 мы' при относительной влажности 98 % и т=жк И йГ 20 уе «О яя Рис.
24.10. Зависимость поверхностного потеипиала при квазинасыщении от размеров алек. грета. Доверительный интервал указан при 95 ~~-ной вероятности 1 — эксперимент; 2 — оптимальная аппроксама- ция электрика является нелинейной функцией напряженности элехтрнческого поля н координаты р.=р (Е, х). В конечном счете в ней ие учитывается вероятностный характер распределения значений р, по поверхности электрега. Одной из моделей, в которой это учтено, является базирующаяся на теории протекания перколнциоиная модель релаксации зарядов электрета. Суть этой модели в следующем.
Прн воздействии на электрег злектропроводящей среды (например, среды с повышенной влажностью) адсорбция, стимулированная электри. ческими зарядами электрета, проясходвт неравномерно, что не позволяет описывать про водшцие свойства его поверхности с помощью обычного усредненного значения удельного сопротивления р,. В течение времени пребмвания в среде с повышенной влажностью на поверхности электрета появляются каналы проводимости, которые при определенных условиях (при достижении порога протекания) создают непрерывную сетку — бесконечный кластер (БК), обусловливающий стон зарядов.
На рис. 24.8 представлены результаты расчетов временных зависимостей безразмерного поверхностого потенциала электрета от безразмерного времени. На зависимостях ()(т) точками А и В обозначены перколяционные переходы. Кривая 2 не выходит на плато, так как БК образовался еще к моменту окончания электризации. Сопоставление расчетных и экспериментальных зависимостей поверхностных потенциалов от времени пребывания в среде с повышенной влажностью и от размеров электрета нллюстрируегся на рис. 24.9 н 24.10 соответственно, из которых видна адекватность перколяционной модели поверхностной разрядки результатам, получаемым в экспериментах. ($24.2] 597 Получение 242. ПОЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРЕТОВ Классификация алеатретов по способу элекгрнзацви, по методу получения Название Метод цолучення Термоэлектреты Нагрев до температуры, превышающей номиатную, и охлаждение в постоянном электрическом поле (до комнатной температуры) Воздействие постоянным электрическим полем при комнатной температуре Одновременное воздействие светом и постоянным электрическим полем Воздействие коронным разрядом в окружающей газовой среде Воздействие пучком заряженных частиц высокой энергии Воздействие механическими нагрузками, сопровождающееся контактной электризацией Воздействие трением, также сопровождающееся контактной электризацией Электр оэлектреты Фотоэлектреты Коронпэлекгреты Радиоэлектрепа Механоэлектреты Трибоэлектреты Получение электретов сводится к электризации диэлектрика, в резуль~ате которой образуются большие по значению и стабильные но времени заряды, поверхностные потенциалы, электрические поля.
Теоретически решать эту задачу можно как путем получения сильной «замороженной» поляризадии,так и путем получения высоких концентраций избыточных неравновесных нескомпенсированных зарядов (гомозарядов). Сравнительную эффективность каждого из этих путем можно оценить на основе следующего приближенного расчета. Пусть, например, в качестве электризуемого диэлектрика выбран полярный полимер с плотностью 10з кг/мз с молекулярной массой 10' кг/кмоль; тогда в единичном его объеме содержится рбл/т частиц (элементарных днполей или зарядов), т.
е. их концентрация в диэлектрике л=б 10" м ' ()Ух=6 10ы кмоль ' — число Авогадро). Если электрический момент каждой частицы и, равен 10 ~ Кл.м и все частицы ориентированы в направлении, перпендикулярном поверхности электрета, то поверхностная плотность заряда п,„=р,а=6.10 ' Кл.м ', т. е. и,. примерно в 600 раз превосходит обычно наблюдаемые значения поверхностной плотности заряда у электретов, пяк 10 ~ Кл.
и '. Это позволяет сделать вывод, что для получения экспериментально наблюдаемых значений а достаточно, чтобы ориентированным был лишь один нз 600 диполей. Если же считатьч что поверхностная плотность заряда создается не днполями, а заряженными частицами (а=1,6. 10' 'з Кл), то для получения реально наблюдаемых и число этих частиц на поверхности электрета должно быль равным и/е=6,25. 10м м э. В наличии же на поверхности диэлентрика имеется и'ы= =3,За!Оп м э частиц. Это означает, что заряженной может быть лишь одна иэ 5000 частиц. Даже из этого оценочного расчета видно, что целесообразнее получать электрет, вводя в электризуемый диэлектрик заряженные частицы.
Это значительно эффективней, чем создавать ориентацию диполей. Кроме того, часто поверхностная плотность заряда обусловлена зарядами, более или менее однородно распределенными в слое электрета конечной толщины /ь Если для количественной оценки предположитгч что Ь=В мкм, то максимальная поверхностная плотность заряда и „„= =4500 Кл и э, т.е. для получения реально наблюдаемых и достаточно, чтобы нескомпенсированным был лишь один из 4,5 1О' зарядов. Приведенный расчет позволяет сделать важный вывод, что наиболее рационально для получения электретов с высокими значениями поверхностной плотности заряда (с большими поверхностными потенциалами и сильными электркческимн полями) электризовать диэлектрики надо в условиях, когда возможно интенсивнее образование гомозарядов.
Электреты чаше всего получают электризацией в электрическом поле, например, в таунсендовском газовом разряде при комнатной (электроэлектреты) или прн более высокой температуре (термоэлектрсгы), в коронном разряде (коронпэлектрсгы), частицами высоких энергий, например электронным пучком (радноэлектреты), используя жидкостные ннжектирующие контакты. Электреты получают также под воздействием света, механическими воздействиями, воздействуя различными технологическими факторами в процессе изготовления или переработки различных диэлектриков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
