Электрет - Electret

Не путать с Электромагнит.

An электрет (сформированный из электро- от "электричество " и -et от "магнит ") это диэлектрик материал, который имеет квазипостоянный электрический заряд или же диполь поляризация. Электрет производит внутреннее и внешнее электрические поля, и является электростатический эквивалент постоянный магнит. Несмотря на то что Оливер Хевисайд придумал этот термин в 1885 году, материалы с электретными свойствами были уже известны науке и изучались с начала 1700-х годов. Одним из конкретных примеров является электрофор, устройство, состоящее из плиты с электретными свойствами и отдельной металлической пластины. Электрофор был первоначально изобретен Йохан Карл Вильке в Швеции и снова Алессандро Вольта в Италии.

Название происходит от «электрон» и «магнит»; Проведение аналогии с образованием магнита путем совмещения магнитных доменов в куске железа. Исторически электреты изготавливали путем плавления подходящего диэлектрического материала, такого как полимер или воск, который содержит полярные молекулы, а затем позволяя ему повторно затвердеть в мощном электростатическом поле. Полярные молекулы диэлектрика выстраиваются в направлении электростатического поля, создавая дипольный электрет с постоянным электростатическим смещением. Современные электреты обычно изготавливают путем встраивания избыточных зарядов в диэлектрик с высокой изоляцией, например с помощью электронный луч, коронный разряд, инъекция из электронная пушка, электрический пробой через зазор или диэлектрический барьер.

Сходство с магнитами

Электреты, как и магниты, представляют собой диполи. Еще одно сходство - лучистые поля: они создают электростатическое поле (в отличие от магнитное поле ) по их периметру. Когда магнит и электрет находятся рядом друг с другом, происходит довольно необычное явление: в неподвижном состоянии ни один из них не влияет друг на друга. Однако, когда электрет перемещается относительно магнитного полюса, ощущается сила, действующая перпендикулярно магнитному полю, толкая электрет по пути на 90 градусов к ожидаемому направлению «толчка», как это могло бы ощущаться с другим магнитом.

Сходство с конденсаторами

Есть сходство между электретом и диэлектрическим слоем, используемым в конденсаторы; Разница в том, что диэлектрики в конденсаторах имеют индуцированную поляризацию, которая является только переходной, зависящей от потенциала, приложенного к диэлектрику, в то время как диэлектрики с электретными свойствами дополнительно обладают квазипостоянным накоплением заряда или дипольной поляризацией. Некоторые материалы также отображают сегнетоэлектричество (т.е. они реагируют на внешние поля с гистерезис поляризации). Сегнетоэлектрики могут постоянно сохранять поляризацию, потому что они находятся в термодинамическом равновесии и поэтому используются в сегнетоэлектрические конденсаторы. Хотя электреты есть только в метастабильное состояние, изготовленные из материалов с очень низкой утечкой, могут сохранять избыточный заряд или поляризацию в течение многих лет. An электретный микрофон это тип конденсаторный микрофон Это устраняет необходимость в источнике питания за счет использования постоянно заряженного материала.

Типы электретов

Электреты бывают двух типов:

  • Электреты с реальным зарядом которые содержат избыточный заряд одной или обеих полярностей, либо
  • Ориентированно-дипольные электреты содержат ориентированные (выровненные) диполи. Сегнетоэлектрик материалы являются одним из вариантов.

Электреты с ячеистым пространственным зарядом с внутренними биполярными зарядами в пустотах представляют новый класс электретных материалов, имитирующих сегнетоэлектрики, поэтому они известны как сегнетоэлектреты. Сегнетоэлектреты демонстрируют сильные пьезоэлектричество, сопоставимых с керамическими пьезоэлектрическими материалами. Некоторые диэлектрические материалы способны проявлять оба поведения.

Материалы

Электретные материалы довольно распространены в природе. Кварцевый и другие формы диоксида кремния, например, представляют собой встречающиеся в природе электреты. Сегодня большинство электретов изготавливают из синтетических материалов. полимеры, например фторполимеры, полипропилен, полиэтилентерефталат (ПЭТ) и т. Д. Электреты с действительным зарядом содержат либо положительные, либо отрицательные избыточные заряды, либо и то, и другое, а электреты с ориентированными диполями содержат ориентированные диполи. Квазипостоянные внутренние или внешние электрические поля, создаваемые электретами, могут использоваться в различных приложениях.

Производство

Объемные электреты можно приготовить путем нагревания или плавления материала с последующим его охлаждением в присутствии сильного электрического поля. Электрическое поле перемещает носители заряда или выравнивает диполи внутри материала. Когда материал охлаждается, затвердевание «замораживает» диполи на месте. Материалы, используемые для электретов, обычно воск, полимеры или же смолы. Один из самых ранних рецептов состоит на 45% карнаубский воск, 45% белый канифоль и 10% белого пчелиный воск, плавили, перемешивали и оставляли охлаждаться в статическом электрическом поле в несколько киловольт / см. В термо-диэлектрический эффект, связанный с этим процессом, впервые был описан бразильским исследователем Хоаким Коста Рибейро.

Электреты также могут быть изготовлены путем встраивания избыточного отрицательного заряда в диэлектрик с использованием ускоритель частиц, или скручивание заряжается на поверхности или рядом с ней, используя высокое напряжение коронный разряд, процесс, называемый Корона зарядка. Избыточный заряд в электрете экспоненциально затухает. В постоянная распада является функцией относительного материала диэлектрическая постоянная и его основная масса удельное сопротивление. Материалы с очень высоким удельным сопротивлением, такие как PTFE, может сохранять избыточный заряд в течение многих сотен лет.[нужна цитата ] Большинство серийно выпускаемых электретов основаны на фторполимеры (например. аморфный Тефлон), обработанные до тонких пленок.

Приложения

Электретные материалы нашли коммерческий и технический интерес. Например, они используются в электретные микрофоны И в копировальные машины. Они также используются в некоторых типах воздушные фильтры, для электростатического улавливания пылевых частиц, в электретно-ионных камерах для измерения ионизирующего излучения или же радон и в вибрации сбор энергии.[1]

дальнейшее чтение

  • Ефименко, Олег Д. (2011). Электростатические двигатели: их история, типы и принципы работы (1-е новое пересмотренное издание). Научно-исследовательский институт добросовестности. ISBN  978-1935023470.
  • Ефименко Олег Д .; Уокер, Дэвид К. (1980). «Электреты». Учитель физики. 18 (9): 651–659. Bibcode:1980PhTea..18..651J. Дои:10.1119/1.2340651.
  • Уокер, Дэвид К .; Ефименко, Олег Д. (1973). «Распределение объемного заряда в электретах карнаубского воска». Журнал прикладной физики. 44 (8): 3459. Bibcode:1973JAP .... 44.3459W. Дои:10.1063/1.1662785.
  • Адамс, Чарльз К. (1987). Электричество природы. TAB Книги. ISBN  978-0-8306-2769-1.
  • Гросс, Бернхард (1964). Хранение заряда в твердых диэлектриках; библиографический обзор электрета и связанных с ним эффектов. Эльзевир.
  • Сесслер, Герхард М., изд. (1998). Электреты (3-е изд.). Лапласианская пресса. ISBN  978-1-885540-07-2.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Электретный комбайн для сбора энергии - Блог Tikalon, Dev Gualtieri

Патенты

  • Ноулин, Томас Э. и Курт Р. Рашке, Патент США 4291245 , «Способ изготовления полимерных электретов»