Полимерные электреты

Электреты – тела из диэлектриков, обладающие электрическими зарядами, длительно сохраняющимися во времени и образующие вокруг себя электрическое поле. Обычно электретами являются пленки, на противоположных поверхностях которых располагаются электрические заряды разных знаков. Плотность поверхностных зарядов электретов σ_эфф складывается из «гетерозаряда» (поляризованности) Р_о и «гомозаряда» σ_r, причем знаки этих зарядов противоположны:

σ_{эфф =} σ_r - Р_о

Названия зарядов возникло от их знака при поляризации диэлектрика во внешнем электрическом поле: если на поверхности диэлектрика, примыкающей к электроду, возникает заряд, противоположный по знаку потенциалу на электроде, то такой заряд называется гетерозарядом, если на поверхности диэлектрика возникает заряд, совпадающий по знаку потенциалу электрода, то такой заряд называется гомозарядом. Гетерозаряд - диполи, ориентированные при приложении внешнего электрического поля, гомозаряд – носители заряда (электроны, дырки), инжектированные из электрода в полимер в процессе поляризации. Электреты называются по способу получения: термоэлектреты, получают при проведении поляризации при повышенной температуре и охлаждении диэлектрика в поле до комнатной температуры; короноэлектреты, получают при воздействии на поверхность диэлектрика коронного разряда; радиационные электреты, получают при облучении диэлектрика радиоактивным излучением, механо- и технологические электреты получаются в процессе прессования или других технологических операций.

В промышленности в настоящее время чаще всего получают электреты в виде пленок из высококачественных диэлектриков – политетрафторэтилена или сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, которые заряжают в коронном разряде. Пленочные электреты используют в конденсаторных микрофонах, их применение упрощает электронную схему микрофона, исключает необходимость внешнего источника питания для заряжения конденсатора. Другая распространенная область применения электретов – фильтры для улавливания радиоактивной или промышленной пыли. Их эффективность значительно выше, чем фильтров других типов. В фильтрах электреты используются в виде волокон или пленок.

Время сохранения зарядов в современных электретах – более 10 лет.

Полимерные электреты из полярных диэлектриков, обладающие гетерозарядом, проявляют пьезо- и пироэлектрические свойства.

Пьезоэлектрическими свойствами называют способность диэлектриков генерировать электрические заряды на своей поверхности при механическом воздействии - приложении механической нагрузки или механической деформации. Пьезосвойства характеризуются пьезомодулем d - отношением генерируемого заряда q к приложенной нагрузке F: d=q/F (Кл/Н). Величина пьезомодуля электрета d пропорциональна остаточной поляризованности Р_о

D ~ dP_o/dF (Кл/Н)

где F - внешняя механическая нагрузка.

В промышленности изготавливают и применяют пьезоэлектрические полимерные электреты из поливинилиденфторида (ПВДФ) (Фторопласт-2) и из поливинилхлорида. В первом полимере пьезомодули достигают 30 ^.10^-12 Кл/Н, во втором – до 3 ^.10^-12 Кл/Н. Такие пьезоэлектрики в виде пленок применяют в стереонаушниках, в генераторах и датчиках деформации, механических и акустических колебаний, в гидрофонах. Высокие пьезоэлектрические свойства электретов из ПВДФ объясняют также сегнетоэлектрической структурой вытянутых и поляризованных пленок из ПВДФ (кристаллическая бета-фаза).

Пироэлектрический эффект заключается в генерации электрического заряда на поверхности диэлектрика при его нагревании (или охлаждении)

Пироэлектрический коэффициент р пропорционален также остаточной поляризованности Р_о

p ~ dP_o/dТ

где Т-температура. Пироэлектрики – полимерные электреты делают чаще всего из ПВДФ или из сополимера тетрафторэтилена с трифторэтиленом. Благодаря малой толщине пленок (до 1 мкм) и, вследствие этого, малой теплоёмкости, полимерные пироэлектрики успешно конкурируют с керамическими или монокристаллическими пироэлектриками в пироэлектрических приборах – дистанционных пирометрах, обнаружителях живых объектов, счетчиках предметов, приборах ночного видения и др.

Дата добавления: 2014-12-26