Формування та електрична релаксація поляризованого стану в активних органічних діелектриках. Роль напівпровідників в процесах об’ємного заряду. Модель формування поляризації в напівкристалічних та аморфних плівках органічних активних діелектриків.
При низкой оригинальности работы "Взаємозв"язок поляризації та об"ємного заряду в напівкристалічних та аморфних плівках органічних активних діелектриків", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
виявити вплив обємного заряду та поляризації на електричну релаксацію поляризованих органічних сегнетоелектриках; Вперше виявлено явище повільного перерозподілу зарядів та поляризації в досліджуваних матеріалах на базі дослідів з термостимульованої деполяризації, яке полягає в розподілі з часом залишкової поляризації на дві компоненти: менш стабільну електретно-дипольну та більш стабільну - сегнетоелектричну. Виконані дослідження вносять внесок в розвиток уявлень про механізми ізотермічних та термостимульованих процесів формування поляризації та електричної релаксації в органічних активних діелектриках. Особистий внесок автора дисертації полягає в тому, що він брав участь в створенні установки для вимірювань параметрів поляризації та електричної релаксації активних органічних діелектриків в ізотермічних та термостимульованих умовах, виконував всі досліди, розраховував та аналізував результати експериментальних даних. Розглянувши накопичений в літературі експериментальний та теоретичний матеріал, ми прийшли до висновку, що носії зарядів, які беруть участь у формуванні інжектованих зарядів при електризації полімерних зразків в різних умовах (інжекція з металевих і рідких електродів, зарядка в коронному розряді і електронним пучком) різними авторами ототожнюються або з електронами, або з іонами.Показано, що в процесі поляризації формується квазістаціонарна система з двох різновидів заряду (поляризація та обємний заряд), взаємний вплив яких проявляється в різкому уповільненні процесів електричної релаксації. Поляризація полімерних сегнетоелектриків в режимі ТСП веде до необоротного зменшення ефективної провідності, що зумовлено захопленням інжектованих носіїв заряду на глибокі уловлювачі, які утворені на межах поляризованих зон. Встановлено, що в процесі формування поляризованого стану інжекція носіїв заряду з металевих електродів проходить шляхом термоелектронної емісії Шотткі, яка протікає при високих електричних полях та супроводжується захопленням емітованих в полімер електронів в глибокі уловлювачі в приповерхневому шарі чи в обємі зразка. Важлива роль просторового заряду в стабілізації залишкової поляризації підтверджена також дослідами по ТСД зразків, які були витримані довгий час після поляризації. Показано, що обємний заряд впливає на поляризацію двома шляхами - з одного боку, він стабілізує поляризований стан, а з другого - є причиною неоднорідності поля та поляризації.
Вывод
1. Формування поляризованого стану та електрична релаксація в напівкристалічних та аморфних активних органічних діелектриках до цього часу були недостатньо вивчені, не дивлячись на надзвичайну важливість цих процесів, які обумовлюють як величину та стабільність залишкової поляризації, так і звязану з нею пєзо- та піроелектричну активність цих нових перспективних для техніки матеріалів.
2. В результаті виконаного дослідження встановлено, що при поляризації сегнетоелектричних полімерів в ізотермічних умовах відбувається глибоке захоплення інжектованих носіїв заряду на межах поляризованих областей, внаслідок чого ефективна провідність необоротно зменшується. Показано, що в процесі поляризації формується квазістаціонарна система з двох різновидів заряду (поляризація та обємний заряд), взаємний вплив яких проявляється в різкому уповільненні процесів електричної релаксації. Більш стабільним є обємний заряд, що підтверджено виявленим нами аномальним підвищення стабільності електретного потенціалу в плівках ПВДФ.
3. При термостимульованій поляризації напівкристалічних полімерів спостерігається аномальна ділянка відємного температурного коефіцієнту провідності. Поляризація полімерних сегнетоелектриків в режимі ТСП веде до необоротного зменшення ефективної провідності, що зумовлено захопленням інжектованих носіїв заряду на глибокі уловлювачі, які утворені на межах поляризованих зон.
4. Встановлено, що в процесі формування поляризованого стану інжекція носіїв заряду з металевих електродів проходить шляхом термоелектронної емісії Шотткі, яка протікає при високих електричних полях та супроводжується захопленням емітованих в полімер електронів в глибокі уловлювачі в приповерхневому шарі чи в обємі зразка. В той же час, при електризації сегнетоелектричних полімерів в коронному розряді виникає неоднорідний розподіл залишкової поляризації, який свідчить про блокування інжекції дірок з металевого електроду та про омічний характер віртуального електрода, який створений адсорбованими на поверхні полімеру іонами коронного розряду незалежно від їх полярності.
5. Встановлено, що після розімкнення закорочених та попередньо поляризованих сегнетополімерів спостерігається часткове відновлення електретного потенціалу. Аналіз цього явища на основі сучасної теорії електретів показав, що принципово можливе створення стабільних електретів на основі полярних діелектриків, в тому числі сегнетополімерів, в яких сталість електретного потенціалу підтримується за рахунок повільної самоузгодженої релаксації гомо - та гетерозаряду. Необхідною умовою є наявність сильного гетерозаряду та умов для локалізації гомозаряду.
6. Важлива роль просторового заряду в стабілізації залишкової поляризації підтверджена також дослідами по ТСД зразків, які були витримані довгий час після поляризації. Виявлено явище розподілу поляризації в процесі зберігання зразків на дві складові: менш стабільну електретно-дипольну та стабільну сегнетоелектричну. Незалежність виявленого явища від матеріалу та умов поляризації вказує на його спільність для всього класу полімерних сегнетоелектриків.
7. Проведена класифікація сегнетоелектричних полімерів згідно з роллю, яку відіграють процеси інжекції та розподілу у зовнішньому полі власних носіїв заряду. Показано, що обємний заряд впливає на поляризацію двома шляхами - з одного боку, він стабілізує поляризований стан, а з другого - є причиною неоднорідності поля та поляризації. Компроміс полягає в використанні сильних поляризуючих полів, при яких захоплення заряду відбувається в вузьких приповерхневих шарах, а поляризація є однорідною практично вздовж всієї товщини плівок.
8. На основі даних про термостабільність поляризації та її профілю при різних температурах знайдений енергетичний спектр локалізованих станів в плівках П(ВДФ-ТФЕ) і П(ВДЦ-ВАЦ).
9. Розроблена і використана методика знаходження польової залежності поляризації в сегнетополімерах на інфранизьких частотах, яка враховує дисперсію діелектричної проникності і кінцеву провідність. Вказаним методом побудовані петлі діелектричного гістерезису та визначені коерцитивне поле та поляризація насичення плівок ПВДФ та його сополімеру.
10. Запропонована та проаналізована феноменологічна модель формування поляризації з урахуванням глибокого захоплення інжектованих носіїв заряду. Були одержані аналітичні вирази для просторового розподілу поля та кінетики поверхневого електретного потенціалу. З порівняння експериментальних та розрахункових даних знайдені динамічна діелектрична проникність, коерцитивне поле, поляризація насичення, а також проведена оцінка часу захоплення і середньої швидкості руху носіїв заряду.
11. Внаслідок проведених досліджень вироблений ряд рекомендацій щодо режимів поляризації сегнетополімерів в коронному розряді, які забезпечують одержання сильної та стабільної залишкової поляризації.
Основні результати дисертації опубліковані в роботах
1. Скитер И.С. Влияние обработки полимерных пленок в коронном разряде на их электретные свойства // Фотоэлектроника.- 1999.- № 8.- С.36-38.
2. Сергеева А.Е., Федосов С.Н., Миракьян А.М., Скитер И.С. Электризованные полимерные пленки для пироэлектрических детекторов излучения // Технология и приборостроение.- 1996.- № 3.- С.49 - 52.
6. Fedosov S.N., A.E. Sergeeva, J.A. Giacometti, Skiter I.S. Dielectric Relaxation Phenomena in Corona Poled PVDF Films // Proc. XIX Conf.Condens.Matter Phys. State.-San Paulo.-1996.-v.2.-P.238-241.
7. Скитер И.С. Термостимулированные токи в сегнетополимерных пленках П(ВДЦ-ВАЦ) // Труды 58-й Научн.конф ОГАПТ, Одесса.-1998.- С. 15-17.
8. Сергеева А.Е., Скитер И.С., Соловьева О.Н. Взаимосвязь поляризации и объемного заряда в полукристаллических и аморфных полимерных сегнетоэлектриках //Int. Seminar Polariz. Spase Charge Phenom. Polym. Diel. (abstracts), Odessa.-1999.- P.34.
9. Федосов С.Н., Скитер И.С., Семкова М.В. Динамика профиля пьезоактивности при переключении поляризации в сегнетополимерах // Труды 58-й Научн.конф ОГАПТ, Одесса.-1998.- С.22-26.
10. S.N. Fedosov, A.E. Sergeeva, I.S. Skiter Interrelatoin Between Space Charge and Polarization in Ferroelectric Polymers // Proc.Int.Sci.Conf. Dielectrics-97.- S.-Petersburg, 1997. - P. 87 - 88.
