Химия и физика полимеров - Тугов И.И.
ISBN 5—7245—0243—7
Скачать (прямая ссылка):
На формирование сетки электропроводящего наполнителя оказывает влияние и взаимодействие полимера с наполнителем. Проводящая цепная структура наполнителя образуется лишь в том случае, когда энергия взаимодействия частиц наполнителя с полимером превышает энергию взаимодействия полимер — полимер, но при условии, что на поверхности наполнителя есть участки, по которым осуществляется контакт, и энергия взаимодействия наполнитель — наполнитель выше энергии взаимодействия наполнитель— полимер.
Таким образом, изменяя содержание наполнителя, характер его распределения в полимере, уровень взаимодействия полимер— наполнитель, контактное сопротивление между частицами, можно в широких пределах варьировать электропроводимость наполненных композиций, превращая диэлектрик в полупроводник или в электропроводящий материал.
5.3.3. Свойства полимерных электретов
Практически всем диэлектрикам, в том числе и полимерным, присуще электретное состояние, т. е. такое, при котором на поверхности диэлектрика возникают поверхностные заряды под влиянием внешних факторов, таких как электрическое поле, облучение электронами, ионами и др. Свойства полимерных электретов характеризуются эффективной плотностью зарядов Оэф и временем жизни электрета тж. Значения оЭф электретов составляют Ю-9—10~7 Кл/см2, а тж — 3—10 лет и более.
Физические свойства электретов зависят от свойств диэлектрика, способа и режима его изготовления (температуры, напряженности поля, времени поляризации). По способу получения электреты разделяют на две группы. К первой относятся элек-
25*
387
треты, заряды которых обусловлены поляризацией диполей (термо-, хемо- и мсханоэлектреты), ко второй — электреты с инжектированными зарядами (короно- и электроэлектреты, технологические, радиационные). Электреты первой группы обладают равными и разноименными но отношению к электроду зарядами на противоположных сторонах (гстероэлектреты), а электреты второй группы — равными и одноименными зарядами (гомо-электреты).
Термоэлектреты, например, получают следующим образом. Образец полимера нагревают до температуры поляризации Т„ОЯ9 при которой реализуется высокая подвижность диполей и ионов (Тпм>Тс), прикладывают постоянное электрическое поле напряженностью ?„ол и выдерживают в этом иоле в течение определенного времени /пол- Затем образец охлаждают до температуры хранения Тх, при которой подвижность диполей и ионов незначительна или подавлена вообще (обычно это температура близкая к Тс или ниже ее). Механизм образования электретов можно представить следующим образом. Под влиянием поля постоянного электрического тока начинается процесс поляризации. Диполи и ионы ориентируются и смещаются в соответствии со знаком потенциала электродов. Это приводит к тому, что на поверхностях образца возникают заряды, противоположные по. знаку потенциалу электрода. Если образец охладить до /х и снять напряжение, то образуется гетероэлектрет. ^ Если же дальше повышать напряженность поля, может произойти пробой прослойки воздуха между поверхностью образца и электродом и ионизация молекул воздуха, сопровождающаяся выделением электрона и образованием положительно заряженного иона. Кроме того, электроны могут быть инжектированы с катода. Эти электроны (инжектированные и полученные в результате ионизации воздуха) вступают в последующие реакции (В —мо--лекула воздуха):
В —»- В++е; €+В —*• В~; е+В —* В++2с и т. д.
Ионы и электроны захватываются молекулами полимера и вступают с ними в реакции (П —молекула полимера):
В-+П —+• В+П-; В-+П —> В+П+*; В-+П —> ВП-; В-+П —»• ВП+ё; П+в —П~ и т. д.
Но ионы и электроны могут и не взаимодействовать с полимером, а попадать в ловушку и задерживаться там длительное время. Ловушками могут служить различные дефекты структуры полимера (концевые группы, границы раздела между кристаллической и аморфной фазами и др.) и ориентированные ди-
ну (несколько молекулярных слоев от поверхности), электроны проникают глубже, но в целом гомозаряд сосредоточен вблизи поверхности образца. После охлаждения и снятия напряжения получаются гомоэлектреты.
В термоэлектретах фиксирование ориентированных диполей и смешанных ионов происходит в результате снижения их подвижности при охлаждении. Если подвижность снизить за счет химического сшивания, то получают хемоэлектреты.
В результате механического воздействия на полимеры получаются мсханоэлектреты. Например, при сжатии полярных полимеров наряду с ориентацией макромолекул происходит их поляризация в направлении, перпендикулярном плоскости ориентации.
Охлаждение в сжатом состоянии как бы замораживает диполи, и после снятия деформации получается заряженный электрет. Электреты, получаемые при разрушении адгезионной связи между металлической подложкой и полимером (в том числе и неполярным), получили название технологических. В этих электретах образование зарядов обусловлено инжекцией носителей зарядов из металлической подложки. Электреты, получаемые при воздействии поля высокой напряженности без термической обработки, называют электроэлектретами, заряженные в коронном разряде, когда одним из электродов является ионизированный воздух (плазма), — короноэлектретами, а под действием пучка заряженных электронов — радиационными. В технологических, электро- и короноэлектретау заряд обусловлен инжекцией носителей заряда.
