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1、驻极体精品文档驻极体简介1.驻极体的产生及分类1.1分类驻极体根据所带的电荷性质不同可分为静电型驻极体和极性驻极体。1)静电型驻极体静电型驻极体中的电荷主要是被介质表面或内部的各种陷阱捕获的带电粒子(如电子、离子等),称为驻极体的捕获电荷,捕获电荷有三个来源:一是电荷从介质外面经施加的电场推斥,沉积到介质表面或注入到介质表层一定深度,被那里的陷阱捕获;二是介质内部的杂质离子在极化电场的作用下,作宏观位移,移至异号电极近旁的介质层内,被那里的陷阱捕获;三是有些电介质特别是高聚物其内部结构是不均匀的,有结晶区和非结晶区的不同结构交错在一起。结晶区通常是一些微小的晶粒,当极化电流通过介质时
2、,在晶粒的两个端面将积累着相反的电荷,如图1-1所示。图1-1电荷在晶粒界面的积聚2)极性驻极体收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档极性驻极体中的电荷是通过冻结取向偶极子而形成的。在没有外电场作用时,固体电介质中的分子偶极子的指向是各向均等的,就整个电介质而言呈中性,当介质处于电场中时,每个分子偶极子转向电场方向,介质表面就呈现出带电特性,这种电荷是被束缚在所属的分子之内,不能脱离分子转移到其他部位,故被称为束缚电荷,通过一定的手段(如升温极化后降温)将这种有序取向冻结,再撤去外加电场就形成了驻极体,如图1-2。图1-2极性驻极体中的偶极子取向1.1极化方法驻极体的极化方法有
3、很多种，大部分的极化方法是基于以下过程：把电介质材料放入电场中，并对其施加一额外的物理作用以加速带电粒子的迁移或缩短偶极弛豫时间。其中的物理作用的形式可以是加热、辐照、施加磁场等。即使在没有外电场作用是驻极态也会出现在电介质中。例如，电介质的机械形变可以产生机械驻极体；电晕放电时的电介质充电过程可以产生电晕驻极体；摩擦诱发的电气化过程可以产生摩擦驻极体等。现将常用的驻极体极化方法简要介绍如下。1)电晕极化电晕极化法是一种应用最为广泛的极化方法，该方法通常是在常压大气中进行的。该方法是在针状电极或片状上电极与电介质一面之间产生一个分均匀性的电场。上电极与样品表面之间要保持一定的距离，背
4、电极与样品的另一面相接触。如果外部施加的电压超过空气击穿的阈值时，便会有电流i产生。极化时，也可以对样品同时进行加热，这样可以提高对电荷的捕获能力。图1-收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档3是一种典型的电晕极化装置示意图。以如图所示装置进行电晕充电时，样品的表面电位分布极不均匀，会沿样品径向方向呈钟形分布。表面电势的这种分布规律可由Deutsch导出的电晕场电流分布方程1.1来描述：（1.1）其中r是样品上任意一点到电晕针正下方样品中心点的距离，l是电晕针到样品之间的距离，i是距离中心距离为r处的电流密度。图1-3电晕极化装置示意图为了改善充电的均匀性，可以在电晕针和样品之
5、间附加一个平行于样品表面的金属栅网，并在栅网与下电极之间提供一个与电晕电压极性相同的电压，形成栅控恒压电晕充电。这样既可以使样品捕获电荷的横向分布均匀，同时可以有效地控制样品的注入电荷密度。1)热极化收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档热极化法是在一定的高温下对电介质材料施加一外电场，使热活化的分子偶极子沿电场方向取向或将空间电荷经电极注入电介质，并在保持电场不变的情况下冷却至某一低温值，以冻结取向偶极子或促进空间电荷的捕获。对于聚合物材料，热极化温度通常选定在材料的玻璃相变温度与熔点之间。外电场可以通过样品表面的蒸镀电极或外加电极作用于电介质上。热极化时，会同时存在三种充电
6、现象：第一种是偶极子取向极化或者是由电介质内介电吸收的电荷分离形成异号电荷的内部极化；第二种是由于气隙间的火花放电在样品表面和体内沉积的同号电荷；第三种是通过接触电极注入同号电荷。这些现象中哪一种起主导作用和电介质材料以及充电电极的几何形状、充电过程的温度、充电电场的大小以及电极与材料界面处的物理状况由密切的关系。1)界面夹层极化界面夹层极化是一种研究两种电介质材料接触界面上电荷存储性质时所用到的极化方法。如图1-4所示，若有两种电介质材料相互密切接触，其介电常数分别为e1、e2，电导率为g1、g2，厚度为d1、d2，当施加电压U后应有如下关系：在稳态时有（1.2）e1E1=e2E2
7、J=g1E1+g2E2在开始态至稳态时，电场分布随时间而变化，其传导电流密度J=J（t），且有J1¹J2（1.3）J1=g1E1J2=g2E2由于从开始态到稳态的过渡过程中，双层介质中传导电流密度不相等，因此，必然在介质的分界面上形成自由电荷的聚集，造成电介质中电荷的不均匀分布，这就是一种空间极化（夹层极化）。而J=J（t）就是单位时间内聚集在单位界面上的电荷。收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档图1-4界面夹层极化示意图1)软X光极化软X光充电法
