Химия и физика полимеров - Тугов И.И.
ISBN 5—7245—0243—7
Скачать (прямая ссылка):
Эффективная поверхностная плотность заряда оЭф зависит от соотношения поляризованных и инжектированных зарядов, т. е. от количества связанных сГетеро и свободных Огомо зарядов:
С»ф = Огоио — Огегсро ИЛИ Оэф = 0*р — Р, (5.119)
где ор'=0смэ+0своб — компоненты гомозаряда, обусловленные захватом носителей ловушками (Ссияз) и смещением носителей во внутреннем поле электрета (Основ); Р~Р\+Р% {Р\ — остаточная поляризация, Р2 — поляризация, обусловленная внутренним полем электрета).
Инжектированные заряды при хранении перемещаются в объеме электрета вследствие диффузии. Скорость их перемещения зависит от того, в какие ловушки попали заряды: если в глубокие, то вероятность перемещения мала, а уменьшение (Ьф во времени происходит за счет собственных носителей зарядов электрета.
Скорость изменения гомозаряда составляет
о*р/М=—Е9/ру, (5.120)
где — удельное объемное электрическое сопротивление; Еу — напряженность поля электрета; для незакорочеиного электрета Оэф/вое; для
389
электрета толщиной Лэ с электродом на расстоянии / от его поверхности
Е*-0*ф/[Ме+Аэ/*)].
Максимальная поверхностная плотность зарядов электретов зависит от пробивного напряжения окружающей среды, которое определяется давлением. При нормальном давлении зависимость максимальной плотности заряда оМакс от толщины образца h описывается уравнением (5.108). Снижение давления и повышение влажности окружающей среды приводит к снижению эффективности зарядов.
Заряды на поверхности электретов распределяются с различной плотностью: о*ф растет от центра к краям образца. Резко неоднородное распределение зарядов после получения электретов приводит к их спаду из-за компенсации зарядов разного знака.
Время жизни электрета тж зависит от скорости изменения аЭф во времени dodt\
do^/dt=do*p/dt+dP/dt. (5.121)
В простейшем случае уменьшение оР* и Р происходит по экспоненциальному закону:
Р(/) = ямакс(1-^/Тэ); (5-122).
оМ0 = оэ,>макс(1-Г//Т0. (5.123)
где Ям»кс и Омакс —максимальные значения остаточной поляризации и свободного заряда для данного диэлектрика при Ел©л и Г,,ОЛ; т* время диэлектрической релаксации (для простоты условно принимается, что полимер имеет одно время релаксации); время установления Р«вкс зависит от структуры полимера на молекулярном и надмолекулярном уровнях.
С повышением температуры скорость поляризации повышается, причем не монотонно, а ступенчато. Сначала размораживаются полярные группы (механизм ДГ-релаксации), затем сегменты (ДС-релаксация). Формирование остаточной поляризации связано с ориентацией диполей, которая резко возрастает после размораживания сегментов, т. е. при Т„ол>Тс, и замораживанием этой ориентации при ТХ<.ТС:
Рмакс = е0[е(ГкоЛ) - е(Гх)]ЕпоЛ, (5 Л24)
где е(Г„ол) и г(Тх) —диэлектрическая проницаемость электрета при температурах поляризации и хранения; ?ПОл —напряженность поля поляризации.
Поскольку Тпол выше, а Тх ниже Гс (т. е. температуры, при которой размораживается сегментальная подвижность), то можно принять е(7\юл) равной ест, а е(Гх) равной во*. Тогда
Рн*кс=ео[(**т — е«>)?под]. (5.125)
Величина Де = еСт—еоо зависит от температуры и структуры диэлектрика:
Аг=К,пц\ф/Т, (5Л26)
390
где /С» — постоянная: п — число молекул в единице объема; ^ — эффективный дипольный момент равный [l^g (^о — статический дипольиый момент, В — коэффициент корреляции тем больший, чем ниже подвижность диполя, т.е. меньше угол вращения).
При низких ?п, когда Омакс весьма мало, зависимость оЭф(0 определяется изменением Р(/) и снижается с ростом /. При высоких ?„ основной вклад в оЭф вносит обмане и зависимость оЭф(0 определяется изменением обмане (0» т. е. отрицательный заряд снижается.
В процессе хранения происходит не только спад оэр.«»кс и Рмакс, но и образование 0Р и Р в поле электрета, значения которых зависят от диэлектрических свойств электрета.
Влияние температуры на стабильность электретов обусловлено ее влиянием на скорость изменения гетеро- и гомозарядов. Как правило, с повышением температуры хранения скорость спада зарядов увеличивается и тж уменьшается. Проникающая радиация вызывает накопление носителей зарядов в результате захвата заряженных частиц извне и образования заряженных частиц в период облучения. В результате этого в диэлектрике растет электропроводимость, снижается поверхностная плотность зарядов и тж уменьшается.
Механические свойства электретов отличаются от механических свойств диэлектриков той же структуры. При разрушении стеклообразных полимеров существенно возрастают предел вынужденной эластичности и напряжение при разрыве. Релаксация напряжения в механоэлсктретах (например, в поликарбонатах) зависит от степени деформации: при малых деформациях релаксация протекает быстрее, а при больших — медленнее. Причина заключается в предварительной ориентации макромолекул (и диполей) и увеличении размеров упорядоченных областей под влиянием электрического поля. Предварительно ориентированные механоэлектреты быстрее релаксируют, но при высоких степенях деформирования между упорядоченными структурами образуется довольно прочная флуктуационная сетка, которая затрудняет протекание релаксационных процессов и снижает их скорость.
