Формирование и релаксация объемного заряда и поляризации в сегнетоэлектрических полимерах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ
|
Сергеева, Александра Евгеньевна
АВТОР
|
||||
|
доктора физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Одесса
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
1995
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.10
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ ím. I. I. МЕЧН1К0ВА
(.VI На правах рукопису
УДК 537.226.83:621.319.2
СЕРГ66ВА Олександра бвгешвна
ФОРМУВАННЯ I РЕЛАКСАЦ1Я ОБ 6МНОГО ЗАРЯДУ ТА ПОЛЯРИЗАЦП В СЕГНЕТОЕЛЕКТРИЧНИХ ПОЛ1МЕРАХ
01.04.10 — Ф1зика нашвпровцщшив та д!електрик1в
Автореферат
дисертаци на здобуття наукового ступеня доктора ф1зико-математичних наук
1995
Робота виконана в Одеськш державт» академи харчоьих технологш.
Науковий консультант —- доктор ф1зико-математичнмх паук, професор Федосов Сергш Нлкифорович.
Офицйш опоненти:
доктор ф1зико-матсмотичних наук, професор Поплавко ЮрШ Михаилович
доктор ф13ико-математичш:х наук, професор Ройзш Яков Овсеевич
доктор ф1зико-математич1шх наук, професор Дроздов Валентин Олексшович
Провшш оргатзашя — 1нститут проблем матсрылознавства HAH Укра1ни, м. Kuir
Захист в1дбудеться « _2/i-yQ ir J__1995 р. о годин!
на заадашЦ спещалЬовано! ради д 05.01.07 в Одеському державному yninepciiTCTi ¡м. I, I. Мечшкова за адресою: 270000, м. Одеса, вул. Петра Великого, 33 дисертащею можна ознайомитися у б1бд1отми ОДУ.
Автореферат роз!сланий «
Вчений секретар спед!ал1зовано1 ради канд. фи.-мат. наук, доцент с ? О. П. ФЕДЧУК
ЗАГАШЕНА. ХАРАКТЕРИСТИКА РОЕОШ
Auryaiantcn, проблема» Сегнвтоэяактричв! шхя1мври, до яких належать под1в1н1л1д9Нфторвд (ПЕДО), содол1меря в1н1л1двнфтора-да з три- {П(ВДй-ТрФИ)) i твтрафторзталанои (П(ДЩ&-ТФКМ, сопо-л1ивр в1аШдвтйав1д^ з в!н1лацататои (П(ВДЦв-ВАц)), a ranos даяк! нойлояи, привергають увагу досл1дних1в своей шсокою п"в-'зо- та гйроалектричною яктивн! сто, яка у поеднанн! з чудовищ махай!чниып аяастквостями робнть хх аастосуванва у а"взо i п1ровлокгрнт1нях ааретворпвачах в дояклзс вшшдках б1льш параваа-яим, Hía градшйпаох кераайка, особливо в 14-детектор ах, гидрофонах, у виробах медицинсько! та в!йськовох tsxhíkz. До кла-су сагнэтоалаитричнкх дал1ывр1в иохна в!днасти тахоя кошозаги ва основ! дол!ыврно1 матрица 1 зерен свгавтокерам1ка» осв!лыш вона в1др1зкя20ться в!д свгнэтояал!мар1в типу ПВД5 лвша ыасвгеа-бш нводнор1дностей.
Доел! дав ння процас!в форму вання поляраэац1| та об" стог о заряду, a також алактрично! релансацП у сагнетолоя1ыерах i композитах на ix ochobí в одним з оезовних напрям!в сучасного роз-витку ф1зижи влен1рвт1в. Про w св!дчвть той факт, що на останн!х ц1жнародшЕс CHMüoaiywax з ел8итрвт1в у 1991 та 1994 роках близь-ко тратннн допов1дей були присвячан! цаы ыатер!алам. Через га-тврогвнну структуру свгнвтопол1мер!в, ада обумовлева наявя1ста неулоряднованог аморфнох фаза, ф?здчн! яроцэси, як! в!дбува-вться, в б!л1Д складнями, 1 тому иозлива поява аномалыхкх влао-тивостей та новях ефвкт1в. Розуы1ння цих лродес!в в дриндааово важливим для подальиого розвитку ф13ВКИ д1електрик1в.
Аналхз досл1даань в гадуз1 $1зшш овгнатопол1ывр1в показав, що досить докладво була вивчена ix структура. Були танож narat досягнешш у íx практичному застосуванн!. В той зэ час, -
в!дом! 8 лХтврвщя дан! а формуваная та релаксац!! даляриао-ваного стацу 1й объемного заряду е уривчатими та су перечнями. Одва з дричин цього оолягав у сдрощаноыу д!дход1 до сегнетодо-л1М9р!,в з точки аеру к^асхчво! тоор!« оодфвях влвтрвт!в.. 1де2 та метода теорД! 1нжекц!йких струм! в, д!блактрично1 ралаксац!2 та едактратного ефекту до них аосд1довно № орикдадашюь. Над. звичайдо ашщтатш та нанад1йкимя Оуш дан! з струмАв терио-стщ|удьованох .депоащриэац1х (ТСД) 1 д!електричного г!стеразй-су. йедоотатньо вавчешш емёхаа!зм аяекэризац11 у коронному роаряд!.. Ыадто маар.довд1д*вна неоднор!дн!сть полщдаац!! вздоиж -гонцинв шйвои 1 причики цього вахлквого явада. Небагаточислаа-н! сяробя побудувати 4>1.Э1гаыу модель форму вшшя долцрвэац! ¡с в сагнвтодсаЦмерах стравдалл кр!м мвгодячниг дохабок, так о* грубою цргйггзн1стю. Хгноруваяася цросторова нооднор!да!сть осял-рдзац11, не драховувався водов 1нвакц!1 1 зохоплония заряд!б. Надостатньо високим бувма.тодачякй р1веэт> експоршактадышх . досл!давнь.
На основ1 викладеного можна 8робитк вясновок, що цроблома досд!дхзш> формування аолярвлац! йного стану в свгнетолод1мерах, аокрема взаемозв"язку цоляризоц!* та об'емиого заряду, а так о* IX влектрячно! релаксац! I с актуальное, оск!лькк сала ц! про-цаей визкачають величину 1 стао!льн1оть зщшшкоьоН цоляризацН. Створе!шя новкх иатор1ал1в з високмми п!ро- 1 «"езооликоричли-ш властивоотями неыохлмво без заадшл 1 урахувшшя цих законо м!рностай.
Ив та -робота - на основ1 исиб!чиого окспиришштилтлюго дос-ГиДмшш олок.троФ1зичямх плдстииоотой сипштоилоктричних поли мир!в ьстаношти законом!рност1 та мохаиЬми \>:шчмоиь"лпку ао-ллризацП 1 схемного :шрцду» а тиио* млпити щющ/си, «1(1 и!д-иои!далть за-Ащмуштн, сты61лы|1пть ти рилатеиц!« пилирииа-
б
ц1Йыого стану. В зв"я8ну з ним у робот! були поставлен! гак! завдання:
1. Розробяти 1 застосувата комплекс иових ексдериментадь-
; них метод!в для вивчення цроцес!в формуваная ! релаксац!х поля-ризац!йяого стану в сегнетопал1мерах ! композитах.
2. Експериментально знайти законоы1рноот! влектроф!зично2 ловед!нки сегнетопод!ыер!в у !80терм!чних та термоотимульоваг-.. них умовах.
*
3. Досл!дити природу та особливост! п!роалектржчного афек-
I ту у сегнетояол!мврах.
4. Провести систематична оксдеринвнтальна досл!дкеиня просторово-часового роздод!лу поляризац1£ та об"еыного заряду
' у сегнетодол1мерах в р1энкх умовах.
| 5. Вивчити особливост! д1елакгричнох рэлаксацП в шяроко-
I • •
| му д!аиазон! частот ! температур.
6. Розробити ф!зачн! феноменолог! чн! модел! формування та ралаксац! I поляризац!йного стану з урахуванням нел!н1йно1 за-лехвост! поляризац^ в!д доля, !дяекц11 нос!1в заряду, 1х дрейфу у эвичайному та дисаарс!йноыу режимах, захоплення нос!гв на уловлювач! та 1х взаемод!» з доляризац!ею у кристаллах. Виз-начити на основ! пор!вняння розрахункових даяих э ексаеримвн-тальндаи так! ваалив! параметра матер!ал!в, як коерцитшэне доле, эалшкову поляризац!п, ефективну пров!дн!сть, д!елек1ричну стелу, рузйшв!сть нос!гв заряду.
7. Розробити та об1рунтувата практичн! ракоывндац!х з ра-зшмхв електризац!г сегнатополш9р!в у коронному розряд!, як! б забезлечшш високу га сгаб!льцу зашпнову додяризац!в.
Наукова новизна. Розроблано, теоретично обгрунтовано та застосовано комплекс новях метод!в експариыеатальюпс досл!даень, який внлючае, зокрема,'трходний метод коронно-розрядовох елвкт-
ризавДх з вхбруючов каруючов с!ткою, гальваностаткчагй метол визначення рухливост! нос11в заряд?, метод зовдж>ування релак-сац1ЙВД1 щюц9с1в шляхом фракц!йвох влакгризацгI у коронному розряд!, разистивао-емнГсгний ыагод терьюстимудмвавот струмо-во! сдактроскоо! 1. Вдарив досл^джвння щ?оф1лв£ соляризадх г вздовж товщиви було зд1йснено одночасно трьома на&Илкп сучас-нша методами.
■ Вивршв всгановлвно, що формування аоляризащйного стану в{дбуваеться в зри етапи, причешу найсЛдш важливвм с другай агад, коли зароджуеться 1 зростае сагнетоелектркчяа долярвза-ц1я. Показано, що для отршання стаб1льно1 та сильноI воляра-зад11 дотр^бна наявн^сть в1льних восНв заряду, як! заходлшП'-оя на мехах додяризовашпе зон та комленсують дедоляризацхйна доле, аабаздечуочи твы .самш високу стаб1льн1стъ доляризахЦх.
Доказано, що дростороьа неодворхдн1сть доляризацх г обу-ыовлана вхшшом об'вмного заряду, який формуемся як внаслхдок 1наекх#г., так 1 завдяки розд1лу власних носПв у зовн1иньоиу едактрпяому деш, Якщо зм! нювати умови аоляризац* I, то ыохна' отршуватк мономорфвГ, б1морфн1 1 бхльш склада! структуру, е яких мехи доляризованих областей ч!гко заф1ьеован$ глибоко зь-хоелвним об"емниы зарядом. Вдзрша встановлено, що ¡через вкдие сильного афекту даыпятх отримання однородно! цоляризацхх наыож-ливо у шавках, як* додерадньо були електризованх у слабких та серадн!х долях.
Виявланх 1 систематично вивчакх методами д1блектричнох сдвыроскод! I 1 тврмостимульованох дацоляризахц: три релакса-'цхйнх процэси в сегнотодолхмврах 1 композитах. Вперши вкспв-рш-шнтально виявлахи х дояснат такх аномальш явшца у сигнето-долхмарах 1 композитах, як лхдвщення стабхлыхостх олактротно-го дотенщалу у долярязовашх ¡швках, ДО"-образшхй внгллд
вольт-акяернпх характеристик (ВАЛС) та кривих тармоотшульова-нс^ поляриэацЛ (ТСП), таялов! шумя Баркгауэена, !в|ранизько~ частотн! колквання струму х хвал! доляризац11, кваз!стац!оиар-rci.il струм у пвпдао охолоджанюс подщшзованих композитах, а та-кож томдорагурно-подьоЕИй гистерезис п!роактивност! у ПВДО в ддапазонх слабких зм!щуючях полай.
Впаршз эа^одонована 1 розрахована фенсмэнолог1чиа модель
формування га релаксахЦ! поляризац!йного стану, яка враховувае
*
1 асясшое неод1«эр1дп!сть яоляризаци, нел1н!йпу залвжн1сть по-1 ляргзаци в!д поля, зохоолення нееххв заряду на межах йоляря-зованше областей. ПорхЕНяшя розрахункових 1 экспериментальных залекнссий елакгретного лотзнц!алу вхд часу доказало, що зая-ропоиована модель правильно вхдображае кайбхлкп ваклив: прбда-си у с9гнатодол1марах, незалзяно вхд хх структура ! окладу, тобто а узагальнаною I може оутя застосоЕака до всього класу ссгкзтогкшкзрхв.
Практична пД1'я1сть роботи.Отоиыан! дай поглкблюкть уяэ-локня про вреде си форму вання 1 ралакеащI поляркзованого ста-хгу у еегнэтоподпиерах, що мае загальнотаоратнчна значения для
фХЗЕКИ ДХЗЛОКТрИЕХВ.
ЗапропоноваядА в роботх комплекс оригшалышх матодхв до-«шд^екия ;>эгне!'0£1ол1мер!в г композит!в дозволяв у црошс! еле-кгризвци одночасно вемхрювати дакхльна ваялквих парамвтр!в, знаходити афоктавну рухливхсть носив заряду, зб1лыяити чутли-ихсть мзтоду ТСД, вивчати дх електркчний гхстерззкс на хнщра-чязьких частотах, роздхлим проноси раланеащI об'Чмного заряда г поллрпзащI. 1Ц кетоди рекомендовано застосогувати в иракец доскхдвишлях лаСраторхй сри биечоннх нз и льне сегното-:! б>Д1.»ши« поляршзх ел-зктретхв.
Иракти'шх рзхоьлнд-'лц! <додо ротдлв алектризацхх У корон-
HOIS розряд! 1 сяюдому пол!, Btдвоено отрнмання б!морфях 1 б !лш складнях структур мокугь бутя вякорястан! в тахняц! при ваготранеящ! nlpo- та д*вэоелвктрячнях дагчян!в р!зного пряз-уачання. Буля розробдан! ааунов! основе бааперервдого вяготов-леныя додярязовадях од1вбк сегаатоаол!мвр!в, як! включать в саба яанасеяня елвяч>од1а у вакуум! та адентрязац!» у керуемо-му коронному роэряд!. Щддов!дн! режямя та досд1дно-промиадова установка буля ацровадкая! у ДНЮ "ПдастподШар", ввасл!док чо-го отрямано значнкД науново-твхн!чний вфвит за рахунов д!двя-щевдя яхост! и"езодд1во» у виробах спвц!ального лрязначення.
Вяявлен1 ааковсмГрйост! формування 1 редахоац!! поляризо-ваного стану та роль у цях ^роцасах об'виного заряду е загаль-кяия ддя всього класу сегнвтодол!мар!в. Тону хх рекомендовано вааотя у в!дпов!дн! розд!ля курсу ф1зяня для отудеят!в t acoi-равт1в, як цв зройлвно в ОДАХТ 1 01СВ. J
Ш91МВДЯ1 flSt ШМШИ I»
1. Пря форму ванн! псшфязахЦ&иого стану у сагн9Тоаол1иврах »Шуваеться давал! зац!я Hociia наряду ва мехах дол/рнэованях областей, що феноменолог! чно. проявлявтьел у р!зксму ваоборот-ньому зменшенн! вфактявиох пров!дност!, 8б!лшенн! <таб!льноо-т! елантратного дотанд1алу та лояв! аномал!й на вольт-амдерних
*шэаятеристик21, в абсорбщйккх струмах та на кривих ICQ. Внао-л!док найтрал1зац!1 докальних дашшзрнзуючих полей абЧмннй заряд забеэдечув вясону стаб!льн!сть залншновох долярязац! i, яка утворве з ним самоузгоджену лов!льно релаксуючу систему, в як!й вяр!шальну роль в!д!грае захоплаяяй заряд.
2. Шд час елактрязад! i свгнетодаМмвр! в ва ocaoei ПВДЬ 1ыж0ктубться, головням чаном, негативная заряд, пряному 1нжан~ ц!я може в!дбуватися не т!лькя з металевого электроду, ала й з в!ртуального, який утвор»эетвся ado на поворхн! внаслхдок ад-
сорбц!х !онхв коронного розряду, або та деяк!й глябин! в раз! олр&'^нешя хшвон потояоа влентрон!в. 1навктований ! локал!зо-йанлй заряд а осноеною прачшов неоднср!дност! залишково* по-лдризацМ. Эи!шючп величину 1 полярность зонн1шнього поля, моя-яа сформувата рхзи! арофШ залииковох поляразац!!, зонрема, отродагя б!морфн! 1 б1льш смадо структура. Яйцо опечатку пролеска форауванпя у сальному дол1, то иогна обмзяити зона лока-
•'ЛзаиЦ заряда лише яргдовархневиыи д!лянкамн I вабезаечати
*
узким чипом, арактачно адкор!дяу долярнзад!» вздовя зс1ех тов-4 цина шйвки.
3. £а умови бозперорвного оором!нивання сагнетополхмара потоком эарядаэшк частиноа яодяризованяй стан формуеться в три агади. При цьому в о5"еы! утворюеться трьохзонна структура з рухаючжася межами. 1нжантован! нос! I заряду дрейфують у на-рхвноважному дисперс!Йному радам}, якгй ускладнюеться нелШй-ною залвгшхотю поляр из ацП в!д поля. В яарш!й зон! доле нпжчз коэрцитивного, 1 сильно! иоляразацП немае, у друг!й - полярк-
I
Зсшдя зьинюеться вхд нуля до насичення, а в трат!й - доляркза-вдя максимальна.
!
4. В раз! неповног комденсацхх локальних далоляризуючях долей захопленими зарядами сдостархгасться неетхйяхеть алектрич-на, яка вкявляеться.або у виглядх теплових шумхв Баркгаузена, або ниэькочастотних; азтокодиванъ струму. Ньзатухаочх наливания струму е наслхдком поодиноких хвиль поляризацДх, ши рухають-ся разом з надетом хмпульсно хнкантованих носив заряду.
5. Пхроелектричнш"! ефакт у евгнатополхдарах частаово мае елвитретну природа, тобто в!н обумовлений не г!льни спонтанно» поляризацхею, а й об"ешшм зарядом, яккй знаходиться з нею у диншячнхй р!Ёно£аз!.
•6...Ф!зн»ш! продеса, як! вхдбуваються у сегнэтоиолхмарах
яри форму ванн! дшшризованого стану, в1добракго факоменолог1ч-яа модель, яка була добудована ка дхдстаь! роэв"язазшл рхшшгъ дисдерс1йного ирансдоргу ыосххв заряду в умова>: иол1яШно/. за-лояноег! дадяразацП вхд дам. Порхвняшщ -гвсратячкЕХ х ексса-риыентальакх залзкностай елактратвого дотаихдалу вхд часу ,доа-воляе ихзкачити тахх зажливх дараыатра, як коерщшшна поло,, подяризахЦя насичешш дхелактрччна стала, афэктивка дровЦ-к1сгь й руклнв!сть носПв заряда. Задропоновака ыодаль дозво-ляс роздхлата складовх доваого зарядного струну, розрахуватц к1нехш?.у полфЯзац1х, вибратв й обгрунтуватн оитшальдх ии "елэкгргзацП, а гакоаг црогнозуватк сгабхльи1суь доляризсва-иого стану.
Результата днсзртащ х, науков1 соложеная i вясновке с «¿¿с-тов1ркиод та дауково обгрунтованфш. що заобзиачуеться 1 дш^-Еордгсегьоя велики« обсягод акодэриыонтальхш, дшш:, ян1 отр>~ ыан1 з никористоыххям р1эломая!тны сучасвес ¡метод!в I асарату-рк, вхдтворювакням результатов на ведший к1лькосгх зршмг як в лаооратор11, да виконувалася робота, так I в Икаж
I
раторхязс, рэталъною проробКою використаних ф1зичвфс аонцв£ц:1£, ючизи матвматичнвы формуливаниям задач та IX норектки розв* ¡;~ занням, аыалхзссл га Ерахувахххша прдйяятих дридущевь. Отршак! експэршлвнтальн!-результата ф1зкчвд дареконливо Цтаргфоту кипой на д1дставх сучаених таорхй 1нжак1цйннх струы14, Ейдяркка. елакгратхв та сагввто8лектрин1в. В ус1х видадках сдостархгаеть-ся задовШнвна згхднхсть науковюс долояапь вксдершеиталлнш: дахшм, як1 буди отркиадх автором, а також вхдомг з лхторагурЕ. Основнх науков! яаложешш яхдтвердаонх ексдвршэнтально з внко-рисганням дакхлькох незалежних метод!в.
Бнвсок-автора в розробку дроблеми.дисертацхя е узагалькон иям науковкх результат!в, якх були отримая! особисто автором.
В ус!х прецях, як! буди нашгсая1 у ся!вавторств!, автором зроб-дено основная творчяй вносск в постановку проблема досл!даепяя, розробку метода;а проведения експеримеыт!в, сбробку, свотема-тиэадхз 1 узагальнення результат!в. В проведена! даяких вкспа-римзнт!в брали участь сп!вроб!тники кафедри $!зики ОДШ! та гвс: устаноз.
Аяробашя робота. О с. нова! результата робота були доповх-' дан1 1 обговорен! на Всесоизних сешшарах г Застосукшня я?езо-ахтивннх 'ттор1а1!в в промЕсловосп" (Лон!нград, грудзпъ 1985, травень 1988 р.), П та Ш Всесопэних конференциях "Актуальн! проблеми отрямання ! застосування сегяето- ! цпезшатар1алхь" (Москва, ховтань 1984р., сардепь 1987р.), 11 та Ш Всесошних семинарах "Математичне модолпвання ! алектркчна ралахсац!я в олемантах едзктрсннох техшии" ( Одаса, жовтень 1986р., ховтент. 1988р.), I I Ш Всесопзних семинарах "Полгиврн1 та ьомлозишйн1 сегнето-, п'Ч'ЗО- г п!роматер!ади та електрата" (Москва, груда нь 1986р., груде ш>1939р.), XI ! Ш Всасоазних нонферэнщях з ф!зк-ки свгнатоалэнтршив (1эрн!вщ, лютий 1937р,, Ростов, ковтень 1989р.], Все союзной копфераищ х "Електрети та '¿х застосування у рад!отехн|ц! та- електрсн!щ" ( Москва, катать 1988р.), Рео-яублп'.знськШ конференц!х "Голограф! чний кореляц!йний аналхч та раеструоч! середошца" ( Чершвхц, жовтань 1980р.), Х1г Без- . со;озн!й конфёрешй! "Ф!зика д!елактрин!в" ( Томськ, листопад 1988р.)У ШНародахй конференци по твердот!льним датчикам та пвретворювачш ( Монтро, червзнь 1989р.), УП Мьтнародя1й коифаранцхх з евгнетоолекарйкн {Саарбркжен, сарпзнь 1982р.), М! »народному сшлаозхуьи "Доменна структура езгнатоелектржив" (Волгоград, всресень 1989р.), Воесоюпнгй кокфаранщх "Д!елект-ричн! матер!аля в екстрзмальних умовах" (Суздаль, охчзнь 1990р.), Всасо:озн!й иош'цвронаН "Реаля'л структура 1 ьластавос?х адент-
ржчних кристалл в" ( Алаксандров, вера сень 1990р.' ), УП ! УШ Mis-народаих сямдоэ!умах до электретах (Берл!н, ковтеаь 1991р.,Дари*, в'аресань 1994р.), У М:нвародн!й ков&ервнц!х до цров!днос-т! ! пробою в твердях д!електряках (СвсариЧИевантв, чарввкь 1992p,), II М1жнародн!й конфзрашиi з электростатики (Ладатейк, травань 1993р.), äd! »народа! й конфаренц!* "Ф!зяка в Укра'хн!" (Kaiв, чарвонь 199%.), 1У Шкнародн1й нонфвранд!i з ф!зяка 1 TeXHoaorii тонких ад!воя (1вано-Франк!вськ,.ковтень 1993р.), ХУ еврояейськ!й вакуумя!й нов$ервнцИ (Упоала, чарвень 1994р.), Шанародн!! коафарашйi з фароалактргкк та il застосуванню (Модква, вврасень 1994р.).
№/бл!кап! i. Основы! долохення дисертац! i воображав; у 49 опубликование наукових драадх, список яких приведено.
Структура 1 обсяр робота. Дясертац!я складаеться а встуау, чоифьох глав, загальнях вясновк!в £ додатка. Робота вшишда-на на 280 стор1нках машшояноного тексту, и! стать 162 рисушш t 16 таблиц?.. Список цятованнох л!тератури складаеться з 323 найманувань.
3mict робош j
У встап! обгрунтована алтуалыйсть хфобламя, оформульоваг-Hi ыата та завдання досл!джень, вшшадон1 основаi кауков! по-лаадння ! разультати, як1 вяносяться до захисту, В1Цишдвний анапгз стану досл!джанъ в гадузх сагнетопол1мер1в i композитов i пврал!чанх основы! проблема.
i. деяк1 питаыня методаи жшшшшмш дошдань.
о
Досл1даання було выкопано на двох типах сегнатовлактряч-них naniMepiB - шинках пол1в!нШданфториду (ПВДО ) i сошшыа-ра в!шл1данфторида з татрафторетяленом (П(ВДО-ТФЕ)}, а тако.1 на коыяозиц!йних матар!алах ПВД&-ВаТ!03 i шда-ЦТС. Бказан!
композит* були вибран! як модаяьв! иат9р!али, в якях точка Кв~ pi ваповнввача лежать вшца <ЦТС) та вате ^.BaliOg) температуря длааяення кристал!т!в дод1мера. Результата доод1джеш> 14-спект-piB доказали, цо вм!от сагнатоелентрично! .ß -фаза в Щф ста-новив(43 а в. conoalMepi ЩВД5-ТОЕ). г (96± Z)%.
На8важляв1шкы а талом формування макроскод!чвого долдризо-ианого отаву у сагвотопол!мерах, в!д якогоааяаиать iz особли-bí ulpo- та а"езозлекгричн! властивост!, «не елвктржзац!я на баз! видористання коронно-розрядового тр!од7 э в!6ртвчою чоа otTKon. особливо за режимом стаб!л!заШ довяого зарядного струму, Дринпигтовор bíamíhod винористано! «яслеримвнтвльнох установки в!д ран!ше охшсаннх буяо застосуваняя в!брухлох перу-то! о! тки, що дозволило безпервршо ребструвати на т!лькн эа-ряданй «рум, aae. fl эфактзвний елактретай потеад!ал. На вказан!й установи! були втонан! досл!д*ення !зотери1чно1 г термоотвму-льовано! вдвк1ризац! i г вшзчана н!натика спаду потенц!аду, от-римая! волгт-ашюцн! характеристика, досл4дкано д!елвк1ричвяй г1старезис! явища нестаб!льност! струму.« -и-
Був розроблений вовяй метод виявленая дзрамагр!в релааса-цхфах шюпес1в пшяхом Драки!йног електризддП согнвтоаол!ыврхв в режим! хфямокутних 1мдульс!в струму. Завдяки цьаяу було реаг-лхзовано аер!одичке опром!нання, тобто хфодас алактризахй! бу- -ло розбито на низку фрак«!й. В межах кожяох ^panqii м!стилася дхлянка зростання•дотенц!алу з дост!йшш зарядниы сарумом 1 д!лянка спаду у гфом!дках м!а !мдульсами струму. На пхдстав! анал!зу вкв!валантнох схема була розроблава методика розрахунну ефективно! дров!двост! i д1елеадрично1 хфоникност! п1д чао вламризац!!.
Розроблана в робот! методика вивчаннд,.д!влеятричного rlor терезису у сэгнетополхмарах дозволила лобудувати заяэжн!сть Р{2)
на 1нфранизьюа частотах (рясД) на лХдвтав! к1ветик алентрет-ного дотанфалу о!д чао дерыгавог VJ¿) та повторно! аарядаи ЦЩ а таи oí. варашгочання я<шц>кзац11 (О при дсот!йн!й гус-тин! зарядного струну . .
f¿(t)-ц - (é,¿/x0) v, (О - j у<а')си\ (i)
wyxj) (2)
é = [¿/^ЦНППМ -g / к(3)
с
да й0 - алвнгрнчна стала; х0 - товщиня дл1вхд; i - чао. В!дм1на защюяововаво? методов в1д tcsjimx долягае в току, що коравтно була врахована власна пров!дн!сть £ * д! адвкгрична щювхкв1оть £ . В шйвнах ПВДО на частот! 3.I0"4 Гц заайдано Q *> £ «40, доляризац!я наоичания
Ps 42 иКл/Ъ2, коерщитна пола Е0» 43 МВ/м. Пор!вняння отрима-ного значения Р£ s одонтаяноо шшфкзац!ев у кристаллах ПВДО (130 ifCj/ií^J вк&зув на 1снування резерв! в д!двщання % за ра-хунок б^.ш довно! opieHrauií диполей.
3 викориотаншш коронного тр!оду було розроблйно гадьвано-сгатичний метод виэйачання аФактявнот рухливоот! нос!ib зашду. Метод базуеться на пор!ввяни1 розрахуЯковах 1 ехсдйршантальних
кринах к 1 на гики елентратного дотанц!алу VU), Встаярвлано, що
i
у лочатаюв!й стад! i влвктрхзац1х дост!Яннм струпом |густивою дотенц!ад зм!нюеться эг!дво виразу
r(ri0éoe/2fx0)íl-e^(2$i/eeB)]]} (i)
де ju - афективна рухлав!сть hocííb заряду. Зыаншання рухливосп bocííb з часом в ПВДО вхд 6.I0"13 i^/B.c через 15с до 1.6.Ю"14 м2/В.с через 120с св!дчить про зм^ення тарыхчно! р1вноваги
Р.мКл/м1
[,тм
Петл! д1влек1рипного г1стерззису шпвсж ПВД6 у црипущвнк! —0(—)
Рис .1
зв
¿.кЮ"6*/^
Вольт-амперн! характеристики пл1бок ПВ® у позитивному розряд!. При колшхй наяруз1 гразки витримували 5 хвШ, пот1м другий [2)1 трет!й раза(З) подавали тану я нал-... ругу, (4 )-повторна алоктризаиЦя
у в
500 1000 1В2в 20С0 3500 заио'
Рас .2
Mi ж в!дьшмк та локалхзованЕЫи нос!яки заряду в б!к зб!лыиан-ня конценхрацИ останн!х, що д!дтвердауе положения про диспар-с!йний хараквар руху носИв заряду.
Було запродоновано разистявно-еын! стну.й метод д!двиш8нш} чутливост! та ¿нФдрматявяост! термостяыулвоваяох струмовох де-доляризац!i (ТСД J. Показано, що дарЮдячне вв!мкнення додатко-вого резистора ado конденсатора не т!льки обыежуе паразитн1 струма, аде й Ictotho зб1лыиуе !в|ормативн!сть методу. В одному досл!д1 фактично рэал1эуються два метода, тому що отримують-ся дан! на т!дъки про струм ТСД, а й про термостиыульовану про-BiflHicTb, яка вим!рюеться в сшоузгодяеному внутр!шньому дол!.
Було застосовано додай метод добднання лоол1рханщ дина-кучного niPOBtprvKV з iHüiHMH !эотарм1чними та ташостульова-1шми грош сами. що дозволило, зокрема, ьиявитн тараерагурно-яольовяй riciepaanc хйроактивност!. Показано, що захдякя пропо-puiiiHocTi utz п.1роноафхц!внтоы та заляшковох поляриаащею вям1-рввання П1ров^дгу¥у е Хфостим 1 над!йним засовом дхёгностикя ; долйриэс'ваяого стану у сэгнатодал1мерах. j
РоздЦення дроиесхв релаксац!х гомо- х гетеразаряду ! роз^
рахунок параметр!в релахсац!х було эд!йснано з ввдористьнням експврииентадьшйс кривых струм1в та потанщал!в, якх були отри i.:aai в я"ятьох pisHHX режимах, а такох на нхдстав| теоретячних залежностей, що витхкають з Taopii полярных електретхв. В доо-Я*Дяенн! релаясахдйних щюцас!в були використан1 так! сучасв! метода, як д!елвктрячна спектроскоп! я в дхаяазон! тамларатур , з!д -60' °С до +100 °С та частот, в!д 100 Гц до 5 МГц, а такох метод досл!дошння д!але-нтричних нал!н!йностай.
В робот! вперше одночасно були ввкористан! три найбиш потужт су час н! метода вшзчзння розяод!лу поляризацп та об"-ct-uioTo заряду вздовн годдаи сеглетополшэрхв - метод сходки-
кя таску, яка ганеруеться п"езоелектричко, метод терм!чн01 хнкл!, яка яаяияае д!д д!шз лазера з ыодульованною !нтенскэ-ulcvn, I г«?од !млулъса таску, який генеруегься аотужним лазером. Пор!шпаня рчзультат!в, стримакях тръота методами дозволяло па т!лыи о ц! этги переваги i нздолхки аозного з hex, ала й глсбяо зрозум!тд мзхгя!зм взаеыозвиязку аоляризащх та обисмного заряд?. •
2. 130ТШ51ЧШ ТА. ТШЮСОШЩ^ВШ 11РОЦ0СИ прЛЯЕИЗА&Х
, I Д1ЕШСХШШ01 РШКСАЦЦ !
i
Ексаарсмептальн! дан! про формуЕапня лолфнзовавого стану в сегнетодолхмарах була очриман! яа пхдстав! всаб!чного дослхд-аення яроцес!в 1зотври1чяох й тераюстямульовацог поляризацх! та релаксаци, таим дресвячана си глава. 3 н!нетикя алактратно-| го догвнц!алу С9гнетолол1мбр1в при сталсму зарядному струм! та ■ в рожал фраквдйног електризаодх було виявлено, що фориугання яоляризованого стану проходить три с?ад!х. Piввяняч густинл по-вяог-о зарядного струму молша записати у вигляд!
iB = £.<■ дЕЫ.и/Н *дР(x,i)M + ejucnc(x,tiE(x,t), (5)
да & -Д1електричца стага баз урахувапня.сегиетодоляризац!!, Е - наорутакихсть поля, Р - сильна поляризац!я сегнетоелакт-рг..чного типу, пс i J4C - концентрация та рухлив!сть вхльилх но- - ' ciiB заряду, Три доданки у лхв1й частши в!дпов!дають емшстнхй, дол.чризащйнхйта драйфовхй снлаловш довяого струму. Очевидно, що лоляризацШшй струм icsye т!льки год!, коля дола виде н!я коерцативне. Тому:в початков1й стад!х.^дактркзалдх перева-acas Емнхстна складова струму, в друг!й стадН дом!ну® лоляри-3aniiiHixii сорум, а в трепй - струм npoBiflHOCTi.
Декхльнома назалежшша методами було встановлено, що в . процес! формування сильнох поляразавдх в!дбуваеться необоротне
зменшоння ефакмшяог провхдностх виаслхдок глибокого заходлен-кя носИв заряду на уловлювач!. Про це св!дчать, зокрама, • - }Г -образкий вигляи кваз1стац!онарних вольт-амдернах характеристик (ВЦ) з д1лянков негативного дафвранц1ального опору ( рис.2} га аномалышй характер залекиост! абсорбцШих струм! в вхд кацру-ги. Найб1лыивй абсорбц! икай струи спостархгаегься в д!адазонх нолей, як1.в1даов!даи,х,ь дхлянц! негативного дифаренцхального одору яаВА1. Аяшалхх в дхапазон! долей 4,0-70 МЗ/ы поясшяоть-ся !ктенсйвнш формуванаяы свпшгоэлектричнох поляризахЦх, а так о г Т1Я1, що 1шиктовахшй заряд витрачаеться Еа локадьиу к«-шкс'ацхв деполяризуючого поля. Сама заходлзшхя заряду призво-ДХ1ТХ> ДО ЗМЭШ8ННЯ хфов1днос?1.
При дос."Лджвцнх ражшла ^ракцхйнох електризащ! встанонле-но, що 13 зростанням олекгретного ломнхцаяу саоетархгаеться аномальна еб1:льиення його стабХльиоетх, яке сувровода^еться зменненням ефектквно1 прсшдносп. На гранках кхнатики спаду лотвшцаау вхдах часться характерна для дасаерс1йногс транспорту залоги с*хь т. . Час ярольоту носхяни товщихи зразка, лкоцу в1Дпов!дае злом т гра^хках сдачу потенциалу,'; йз залакать ьхд величина доля, що свхдчкть иро хюстШххсть ивидчостх ¡¡осххг. Це яввда було використано ори рсзрооцг фхзичнох иод-ш форму-рани я гкшфкзацхх ( гл.4 ). |
Бстаноачсно, що дннамхчна дхелектрична хфокшш^сгь сьгка-тоаол1мврхв дхд час елактркзаци збхлинуеться а 4-5 разхь, и шсдя XI завершения .гховергаеться до звячайних значень близько 50-12, що'погодкуеться з характерной для сегнетоелоктршив но-лшхйною'залежшстю поляркзацхI вхд поля.
При термост1шульован1й цаляризацх х (1ШI сегнетоаолхмерхв I композитIв також виявлено необоротне зменшення ефективно1 провхдносгх, якому вхдпов!дае аномальна Д1лянка знаниення про-
в1дност! 1з зростанням температуря (рио.З). На1Шльш ймов!р-нон причиною вхдмНешл аномал!х е зм1на равЕоважного сп!вв!д-ношення м!ж в1льними х захошшшмя на уловгозаач! зарядами' в бхк збхльшання концентрац!! останн!х. Ца св!дчять такоя про та, цо отхшульована поляр изац! со заходлення заряд! в в!дбуваеться на мльки в 1зотерм1чних, ала й в термостимулъованих умовах. Ери цьому дхдвищання тамдератури ! поля однаково вдливають на' ганорацШ х хняеквДп рухливих заряд1в, велкка дочаткова кдн-, цантрад1я як их, як встановдено, в необх!дною умовою для зарод-ження 2 розвитку сильно! доляразацхг.
На л!дстав1 тэорхх долярних влактрвт1в Гросса-Свшша-Губ-кхна, з урахуванням зм!иного деля. дроанал!зовано явшда част-нового в1дцовлэння алантретного потенциалу полярпзованого саг-натодол!мара д!сля його вигрхшки у закорочаному сташ 1 розыи-яання. Сдостар1галася аномально висока стаб!льн!сть потенциалу, яка була пояснена довхльяою сашузгоджаною рвлаксац!ею гомо- х гетарозарязд. Отримаш данх зказуоть на дршгцшюву мокливх еть створання стаб1льних гомовлекарэтхв на основх сильно полярник д1елоктршив.
Додатков1 дан! про взаемозЕ"язок воляризащI 1 об"ешого заряду були отриманх дри дocлiдxвш^i д1роелоктрикл. Встановле-но, що тамдературна залежнхеть Я1роалактричного коофхцхаита Д1д час нагрхвання 1 охолодження на заввди е однозначною. На його величину вшхивае як температура у момент вш^рювання, так I та максимальна температура, до яко! сагнетошшмер був наг-рхтий раншз. В диапазон:, який знаходиться нижче ц1в2 темдора-турд, залежи!сть я1рокоефхщента В1Д темларатури е оборотном (рис.4).
Треба в1дштити, що максимум лхроактивностх збхгаеться з. п1ком струму ХОД, що вказуе на взаемозв"язон дхроефакту з ре-
i, нхА/м*
m № 400
m
: !
----—~А W—-X
го 40 âû su T,t Рис.3
Струил Т8рМССТИМуЛЬ0Ба-hoï полярзгад! ï ПВД1 y яозйтшзйС -7 СI ) те негативному ( S ) кореккоиу розряд! ара зовц{сньоку пол! 30 ЫЗ/м,
(ßnarprßoxr 2 К-/ХЕ.)-
бэа, р.оти.ед.
Тамяературна эалззг-atcïb динам!чяого д!рокоаф!хЦанта пл!-вок ЦВД&, електризо-ваних, а коронному розряд!(3,2 кВ, ео°с).
зва
гее
11 tl H 11 I I ч ■ Г I > i
за ее
70
'Г,
Рис.4
лакоацхйнякн произошли, а, ыожливо, 2 на хх загадъну природу. Про ае такоя свхдчить темпаратурно-иольовий г!старозис п1роак-тавяос?! у ражамх епабкого зкйщаючого пбля. Наяьн* сть зэлетко--кох а!роактивност1 взазуе на тэ, ¡до одна э складових йрсвдак-гричного ефекту мае злоктретку природу, тобто залежпть не вг.д величина. спс.чтанкох поляркзацП в крксга"1тах, а вхд густипи локал!зованого зарядуВзасмозв"язок ролаксац1ЙЕих ! п1ро9лг;т;~ трдчних явшц п1дтЕ9ретуеться багатъма експергшнтальнвыя дакшы.
Винчения прои>эс!в хзотермхчнох х тврмостшудьованох иоля-рузацГх } деполяризгщП у композитах-''шшмар-еупготокерашзд'' показало, ¡до вкгляд експерименталыгах кривих в лих так'лй та, як в раз! сзгнатополшерхв, ¡до вказуе на загальн!сть црох<ас!Б, якх вхдбуваються яра форму )=.анн1 лолирчзаид х в пкх матер халах. розом 3 тим, к0шюэити в1Др1'зняу1ться в1д свгнетодол!шрхв масштабом кооднорхдкоитай. Досл!дааяо виляв пров1днсст! шшыер-но1 зв"язутох на струмк ТСД I п"езовлектричну активы!сть ком-позпт!в, Встановдено, що п',езоактивн1сть, а такоя 1 заливист ладяризад!я в б!лшоч у визькоомних-композитах, и! ж у вкоопо-о:.ших. Це узгодяуетьоя з теор!ск> ГД.Скенав! про розгюдхл соля в хмерогеннях д1«лектр1шах. "' '
3 няалхэу екопврйыентайьних'дашк-хю струмах ТОД встаиохг-лено, що в с'егявтошшмераж I композитах спостар!гэються три релаксац1йн1спрэнаси, а-сама: Л - релансац!я при 80-110 °С, яка зв"язана з об"е.чно-заряцогоо поляркзащзю, хнжакщета х за-хо.ппелкям зарядхв, р - ралаксащя ярн"-40 °С, яка обумозленэ зб!лм:енням рухливост1 голоеного пол1мрриого ландсга у яморф-Н1й фаз! при структурному переход! вхд. склообразного до гумо-11од1баого стану, та у - релаксац!я. яра.-135°С, яка обуг.онлана раорхсятацхем бокошх мол-экулярких труп" у сжлоозразному стаях. ПО-Ш^ру.
Анал!з ввсокотемдвратурного д!ка отруму ТСД у комдозитах ЦВда-БвИОд було вроведено за методом тврм!чнкх в!кон, 3 сшро-zoto aim струму ТСД буля ацдиев! 1вдив!дуаш|1 дебаевськ! яродеси (ржо.5/ 1 назначен! оарамвтрн рвдаксац!! (розеол!л часу рвдакоацИ 1 eaepril антивац!!]. Встаношшио, що !снують два актквац!йд1 цроцеси, один а якях обумовдений, аввно, афек-том Максвелла-Вагнера, а другяй - захоххденяям заряд! в на мехах хкщряаованмх областей.
Особливост! уз -редаасахх* i буди докладно досд!д*ея! методом дхедекхричво! cuiaxTpocKoxxii, щшчому, вигляд частотних за-лахностей д!елвктричних параметр^ у хш!ваах сегнатоаод!мер!в ! комдозитах виявився однаяовнм. П!к JI -релаксац!! оаостер!-гався лра температур! -20 °С на частот! 30-40 кГц (рис.б]. Д!-ахраии Коула-Коула вхазувадн на та, що в ус!х доел! даашсс зраз-ках и!ди релакоац!г буди надабаевськвмя ! характаризугалдся широким роздод!лаы час1в релаксац!!. Кома" втер на о!дгонка ексде-ршидаталвних даних до теоретичных формул доказала, що найкра-ад в1дповхдае ексаеримектальним дадим формула Гадридяка-Ыагам!
€*(со) - е- +7е -e^/ilriccovf'^t (б)
де J. t j3 - параметра дхдгонки, со - цикл!чна частота, С -час раиаксац!!, £„.- одтична дхалентрична проникн!с*ъ. 3 аналхзу лоеф!ц!внт1в m = (1 , П Форьш лШф релаиса-
цП Ёидливае, що виугрхвшьокдастернг взаеыод! х м!х релансую-чаш диполями перевагасть над м1хкластершши. о Результата досдйджань д! влактричних налШйностей в сопо-л!марах Шада-TSS) показали, що структуршй парах!д "согнатоала-ктрик-даравлектрик" не «аяаляеться ч1тко в Д1алвктричй5х виыхр»-тнанх. Ца св!дять аб^'про Його сильна розмйгтя, ado яро те, що
точка KK.pt, як ! в шхшдку roMosoJiiMapiB, знаходиться вища там-& ■
Рис.5. Термограми струм! в ТСД елементарних рвлаксащйиих иод у композит! ПВДО-ЬаИОд, як! охримая! методом терм!чнш: в!кон.
•Рис.6. Частотна залежн!сть уявно! частйви д1алактричнох статох пл!вок ¡ШДЬ при р1знях температурах. (...)- розрахунок згхдно моде л! Гавриляка-Негач*.
аературв алавяення кристаяШв.
Особливост! структура сагньтололшер1а i композит: я приз-водять до - винжянашш в них кхлькох нозвкчалакх афектхв. iau;, пхсля и видного охолодазкзя поляризованого композита, як хадвн-лося, iciiye к ваз í стыд окарний хзотармхчний струы, Шчий обновлений сполученням д^зоолактричного ефакту э яозхльною р.злак-cuuien махая! чйшг. калруг. ваявлекей оаспвримзхттал1.д.; о£зкт вка-зуе на дршцндову ыожь£в!оть створышд нового тиьу д*.срзл струму , як i скумулшть с-нергхк у жглнЩ виу^ынхх ыохахпчши напрут, а в!дцаыть xi у форм! и"езоструму tips ралаксахЦх ша naiv-руг.
Gpz тврмостимудьоЕан! и дадоляризаци пгльок ПБДЬ був вия.в-л«шУ тахмовай ефект Баркгдузена, що ц!дтв<зрджус дошйсть у сигнвтопол1ыарах сион-ташю! ноляризацй. Б »очатковхй этацЛ narpisaniu на криву струму ТСД накледаються шнульси струк.у, амхштуда i частота яких зросташшм т аппаратур и змешиуються, ь близько 60-65 °С вони nouaiстю зюшають. Ори надосхатнхИ ko¡,w uöHcaiitx лоляризац! ï захоплоними зарядами мозглибо tai.:одойjль-HJ доварнашя частили поляризованого об "ему до доч^тковохч) зли-кчрх.чн'П'О стану, внасвхдон чого з"я1?ля<;ться НщульС Ьаркгаузи-на. Розрахунок за мнтодкксп В.М.Рудяхл хирак?<зриот>.;-: стрнбг.а ri№/pK3auix - тривалостх Ьлпулт.са Баокгаузена ( ó.i'y"' cj, pon-
отрибка (<¡,5.10"*' Клл-ii, оо"еча, який пиулл^частыч '¿а один стрибок ( 10"Iâ m3J- ВХДЛОВ1ДаС. rßpumkh'jjuxb одночасно де-кхлькох кристалл tí в, uix «^¡ш icuyc сЕосрхдна кооаератг.вна jzi-.c.MUÍH. Ib';, витриАщх у закорочено»,iy станх, а тало:? при тор-í.4UCTa5tлхзац1 ï хипульси Гархи-аузина иотхуть бути чутд.'.ыя,: i¡w-:>атороп наблияэностх ол1ши до .р1вновазшого ст«ну.
Цри одечтр кзади iL'ii uoi; ¡Wí i сопэли.'«р.д ь нех-агнвншу 1 opoülíovy розряцх У ри.ккмх с .-i'.:x;uyai;,i i ил.-курчтяого хклмшЦа-
! ~ Q
äs CnOOÏOpii'ii/lOC.I ЯЗПЩ9 квс?:31£ьяос?1 ¿tpyyj, SKO'-
7 вашашэии звзгицавчпл. i uwp аетп^очаоготиз:- r,cux»aj»; - струну. Рсзгляд араяка як г-вгепслюх д2Е£и!«шох c¡;.;?c:í;:, трш.кко! огзг-ц1окзршга дт>ч двян£х угговах з яор|адтчняй ароглс, иркзводятг до р1вялнгш, яг.э акаяаг1чыз р1кшиэ рвгаяойцШого гсниратора .
i . dV/di =(<jAx/x0e.e<L)(v-Vi)-'{Ax/e¿)4'(Vl) (?)
да V i V^ - яаяруга sa всьсглу зрачку i на йоляркзоишйЗ oüaacri йх в1дпсв1дно, fC^h сгрум esäicti яоак.-ашиа íjocIíü заряду. Вскшозлено, 140 срячкяов настольное*! са,)уму е а«рiахэтиа 1н-seaai« позитшк чогИ'э з ¡."И'аляь-ого ехе$г>ч>ду ( ¡rpoáiñ при-елек'-тодного vivrsj). civ.^boi-m'S докзд-ыкм н1дзвдвкяач доля. Автоколязакня cspyîç с;п;роьод-йуг«ьоа хвняьовии яроцэсоя, таЛ обумовлвиий. aíjphbou дон&иа сильно! поляраздд! ï в!д лооигйеио--го вдиктроду ta íioro рухсаа у, зовяЬщьоыу олокгречлому лол1, Пор1вяяння ексаеримантальяях i розрехуияовкх данъх показало, чо руллип1сть лосЦз доришш 6. КГ*4 ,с. Ця ш>лкчжа До.1-ро узгоджуеться з даямш для яотхгяввах hoqüp у 1ШД&. Нули
О-: _■■>
oiilHOHi значшшя густини ногатквяого заряда' <.2,хЪ м '"i ыяри-Hii домену (7,5 ша) t то>зщиня домо»шох стхшш (■■?, шм). ûïpû-мешо тахож pt ваяния етацхонар;ик »гзаль яолиризак.хх
P(xt) = 60f:(E,-Ec)íi-(x^n:}/c¿ ^'JÍErEjeJ-t
+ [а'е rí/u ♦ ally. * ( i I (e>
як! розпоъсщдхуугься atn анода до катода з лО'си1:5чою иввдк!стю С ^ (l/'<t)ju.¿$, X «ОМ ЛОСЯ ЯрНЭБОДЯТЬ ДО парЮлкчаих «оляваль струму у 30ВН1ИЬШ'.у кол i,
3. ПРОШРОВО-ЧАСЗОШЙ РОШОДЛ ЩШРИЗАШ ТА ОБ"€Ш)Ю
ают Б сшйМЕШТйиац ШШМЕРАХ
. фсдавгшв! объемного заряду ваадиву роль храв як 1н-аакфя а*ред!в, sax ! ро8д!лвшя влаоиюс носНв заряду. В обох вндаджах вешкае нводвс|>!да!сть поля та шмщризацН вздовх тов-вдшж зразка, алв характеров! веоднор!дност! в рханим. Так, ексавржмваташго вотаао&двао ,що орг е^вктркзахи i оегнетодод!-мер! в у оерадв!х долях СбО НВ/м j, що иайаюуюься до коэрдитнэ-нохч>, форцуепея р1зко яводаор!дний проф!лъ поляризашх. В ПЕДФ утворюються два орвблщзво ошетрэтн! д!ка полфизацИ добдизу електрод!в {рио.7). ях1 обумовден! яаревагою розд!явния вдао-ехх hoctib заряду над !в*вкц!вю. В сопол!мар! П(ВД&-Т$Е) утво-puesbcts т1льхх одел о!х б!дя позитивного электрода (рее.8 ) внасл!док вшшву монопо-вдрнох tHxaKixti нагативних hooIib заряду. При дерехишченн! додярноот! зознхшиього соля формуеться аси-метричиа б!морфна отруктура, яка зб<эр!гавться у подальшому оря будь-як!й полярност! eoBHiittHboro поля.
В д!адазои! оильннх долей, як! значно перевидеть коарца-тивне поле, лодярнзищ!я утворккгться та переключаеться наст1ль-ки шввдко, ¡цо 1н*вкгованаа заряд на .встигае проникнута глибояо в об"ем. Внасл!док щього формуеться однорхдна симатричпа поля-ризац!я, за винятком вузьких (1-2 мкм) сладко поляризрванах при- . повврхневих обдастей (рнс.9). ДоляризапДя легко переключавться, залншаючясь однор!дною не т!лыш в сгльних, ала й в середа!* долях. Шдбираочи величину та полярн1сть напруги, мотаа эд!йс-нети нова; деполфизах^ю вздовх Bciei товдини дл1вки, що не-мозышво зробита у вападку шгёвок, як! буди початково елемри-зован! в середн1х полях. Вперше встановлено, що прикладення сильного поля до початково наоднор!дно доляризованого у сарэд-ньоыу пол! сегнетопал!ыера не призводить до долiшлапая одно-
Рис.7. динам 1 на лрсфьчя полярязац!! в пл!вках ШЗДЬ в зовя!шньому яол! СО !£&/м, я»и отримана методом сходикки тисну.
Р^с.8. Динам!ка профиля дашзрнзац! £ в дл1вках П(ВД&-'№К) в зовншньому пол! 60 МБ/м, яка отриыана методом сходшши тисну.
за
р .i дно raí лодлризшд ï (pao,10) через ózoz^mj д!» У глибоно »ахолденэго nei'ssiraaoro зэраду. Цей бар*еркай aap, будучи eaifi-кш, ддрегхкодауе в!дыюму руху 1мхвктоааж hocîïb еардду i роз-гаэенш; додярнзокшно? облает!.
Sa дааешз иэдо днкам!нж яро$1яя пйпярззацП буди побудова-к! аезд! л i влвк-/рк«ого riorspssasy Pi'L') у pisxacc aepegisax зраэ-eíu ïx ка!дзипгта!сть е& нис^з-срЕЧШс?ь яоказув, що будь-яи! усэрвдязиня ксллризахЦ^ вадоьз товвдаа cpü доол!давнн! ricïepe-зсса е кзкороктнша, а доотовхри! даях про залздаону яоляркзац'ю i ксордктгшз доле аожаа отришгз tLiiiíe у досд!дах з селъняык исшямж.
Дссд1да&яй.'» продля паадразахих у багатошарових зразках ÏÏÎ3JKM&E), я?,! була едедтрЕзовая! у коронному розряд!, виявилд сильней вдяиз на однор!дв1ок лодяркзац!? !хшекц!х Еэгатяваих зарядХз, якг, в i лбу ваяться на тхлъкз з ьхртуальаого электрода ка хгоБэрххп rmiias, ала ё а ызгаде^юго електроду та з ¡ховерхньякь хюагшту® з lir^a: д!адэкгркко«. Вкасдхдок енльнох хнжекцГх в сбгаатйпол!аир02 формувтъея ^ьежрова структура, В napalfl зон! залЕЕЬ'ОЕЕ яшяразац!.« aosnïстю в!доутая,а в другой яеро?ххдн!й обдаст! века неодаар1дна, в трат!й -досягае максталкюх валиташ.. Для усунадня негативного вхигиву i нхекд! х на одкорхдшеть поляри-заххх ï в робот! рвкокзвдошне розтешовузати яогарх осяоыхох. шхх ь-ки додаткоау, яка би иогливэла !пхштевак1 hocíí, на поляразув-чись саш*. щс забвздечуе сильну одаорхдну доляркзацхю в основой raiBiXi, що доведено на досл!д!,
Нами встансплоно, що внасл!док олром!нення хшхвок ШШ i ЖЕДнМФЗ) дефокусовашш пучком електрон!в з енерг!ев 20-20 кеВ Фсрмуеться дцухшарова структура. В опромхнак!й частинх шивки через наявн!сть радхадхйно-!здуковакяох пров!дносг1 поляризация вхдеутня, в той чао як в нвояромшенШ - доляризацхя но одно-
Динам!ка проф1дя палярнзадН з ялх-тах ШВ&-КЯ) в 30BHimiftoKj пол!
150 MB/u.
29
x.uai
Рис.9
Динам!ка проЦля по-ляризаци в ал 1 шах ЩВД5-Т&Е) завтошки 20 мкм ори зростанн! поллризувчо! налругз.
,юш
Рис.10
р!дна вздова товщвна зразка. Ца св!ддоь про та, що захоплен! 8аряда ропташохзуються з нер!вноы!рнов густеною у шар! к!нцэво1 товщинн, утворюочя в!ртуадьний негативний 1стактуотий алакзрод.
Пор!ввянкя трьох м8тод!в внм1риЕалня лрооторового розпо-д!яу додярнзадН та об"еывого заряду у свгиатоцел!иарах показало, що метод сходиеке тноку пае досить васоку роэд!льн1сть (бдхзько I шм), дав цроф!дь подяризацЛ у реальному час! без складнях розрахунк!в ! яргпущень та дозБолле вквчати на т!дькк статику, а й дннам1ку прсф1ля псшфизац!!. Метод теры!чво! хеш! мае висоиу розд!лыв! оть ( майка 0,1 икга), аде т!лькя поб-лнзу одром!наного електрода. Метод !идулвса тиску не мае !о-тотнвх цереваг пэред вказанвми вица методами. Дан!, як! отри-шн! методами сходинки тиску ! терм!чно1 хвнл!, вказують шита, що поляризовала область на ярндягас безпосередньо до елек1роду ебо соверхн!, а в!дд!лена в!д ша шаром завтоааши блязько 0.5 ыкм з нульовсю цолярнзад!бю.
Заред, який заходлюеться на схил! п!ка подяризац!!, нейтрал! зуе деподдризувче полз в кристаллах ! утворюе з поляриза-ц!ег самоузгодаану о«!йку систему, стабх льнуть яко1 визнача-еться об" &МНИЫ зарядом. Эв5.льнання локалхзованого заряда' ыохв бути активоваштерм!чно, тому стаб!льн!оть поляризад!х зале-кить в!д термоотаб!льност! захоллених зардц!в. Сама хт дояс-нпеться зыашгешя полярнзацИ п!д час названия пл!вок ПВДО та сопол!меру. На шдстав! експариыангальних данях про термоста-б!льв!оть поляризац!! та П хц>оф!л! при рхзяих температурах був вазначаний анаргатичний спектр локалхзованих ставив. Встанов-лена наявн1сть двох релаксащйних цроцесхв з широким розпод!лом енергетичних рхвней. Зб!г експериментально1 залеяност1 Р{Т} з теоретичною вказуе на те, що задропонована модель е в!рною. Таким чином, з&дашова поляризапДя в сегнатопол!марах не е
замороетнов термхчао, як с лоллрнюс тармоалектротах, а мае сег-
(
натоолзктричну приводу, причсму П стасилыйсгь заложить в1д енерги зв"лэку коулансуючого захошшного заряду» Розрахунки показали, вд за норкалышш умовамя 20^-ка змоншення поляри-
занН вхдбуваеться
прибдазио за 20 розив.
4. ФЕНОМЖЛОПЧНА МОДЕЛЬ -ЮРЮГВАНШ ПОЯЯгИЗАЩ! I 0БИ6Г4-НОГО 3.4РЯДУ В СЕЩТОЕЯЕКТРЛЧ1М ПОЛЬЗАХ
Ка 1идсгаь1 окспбршлпнтачьпнх даних стачо ^стливяд побуду-вати феног.5внолог1чну модель, яка в!дойр&гув Езазмозв"язон та Езаемообумовлзншсть доллризаг;! I та 0б"е.Ш:0Г0 заряду д!д час формунанял та ралаксацхх поляразовзиого ста^ч Иасампарод триба оуло ьирхшити дитапяя про «цеди локалх захих залишяового сб"~ скного заряду. Детальке штчанвд цього питания доказало, то зй-хоплення заряд!п вхдбуваеться на ые:?ах поляризовали* м&кроско-шчних областз!1.» хоч локалхзах^я заряда ка ыЬй&зикх куш« та-ко.1 внвргатячно впгхдкао. Аналх» полагав, «о кя яов-:-р::;а ао-лярпзоъанмх кристалта та на мзтшх поляразошшх областей ст-вореегьод свосрхдны потонцха.хыой рельеф 1 форму-зться облает;.
й83\гГ1!ЛН01 ОНе.ТЛЧХ 6,<Ш31.К0 ДМЦЛ! КОХ ОДШШХ» <1ЛЗКТрОа-ЕОЛ*Т, лз ггухохшаия зар.ио' с найбш-.1:! й.ювхрншл. Цз яывг5 акзхвадоаг-но лохлыаннв конц-штращх х'лабокга уловлювач!ь та шддов1д;п змхнх хх он-эрг^тлчного спектру, оезилыш коьх лскалхзойаи! стана додаш-ься-до вга хсадючигс ахщврсопхвсгяих цзнтрхи лекялгза-щх заряду в аморфи!а фаз! та до уловдяшч1в на межах Фаз, якх обумовльл! ефоктом Мансвелла-Еагнара, Внаслхдок зшнл просто-рово-енергетичного розцодхлу уловлювачхв тарм!чиа рхвковага !.'л:г. делокалхзоьан^.т 1 захопланими зарядами зм^сться в бхк збхлынання к0Н!',С'Нтрадх! остшш1х. Це виявляеНсл в зменшвнн! струму при поляркоащх, тобто в знилсеннх ефективно! рухливостх
•о
HOoiiB i цров!даост!. В пронес! всгановлвння тзрыоданаа!чг.си р1ашваги pyx KOoiiB заряду дроходзтъ у складному дясяврс^йдо-му реяии! !з звдввдш е!д часу енарготичнЕМ роздои! лом уловко-ЕачЛв. Заряд, який захошюстгся на махах псищризоваких областей, ндаденоуе дадоляризащйве доле i утворюе з поляризаи^ею свиоуэгодавну ciifcy систему.
Була зд!йонака клас»£1 к ад!я свгнетоаолШархк за Tics) ралли, яку граять в hex цроцеси 1ядакц!'! та роздхлення nociiB заряду у soBHi&KbObsy пол!. Показано, що об"емний заряд шшзае на ц'Одярк2ац1ю двома шляхами - с одного боку BiH стабШзуе ао-ляризований стан, а с другого - с причиною неоднср!днсст! поля i яодярязац!!'. Ксыпром1с яолягае в пастосуваигп сильних яоля-ризуючях полей, за яккх захоплеккя заряду в1дбувавтъся у вузь-ких дрЕповерхневвз: парах, а яолщжзад!я е однор!дною практично вздов5 Bciei товщанп зразка.
В ccHOBi розроблеко1 фексые налог!чкох мод ел/, формуваянн полдризовакого стану у сегнатопал!мерах и реящ! безпэрервно-го опром!нешня по.рокш зарядяених частикок (еталого зарядного струму густиною LJ лакать розв"язання наблкжнпа.ш анал!тични-ыи методами р!внянь транспорта Kooi'iB заряду { рхвняния поеного струму) з урахуваниям р!вяянь Пуассона i заходлоння ьасив
e0€.d£(x,i)/9t + dP(x,t)/dt + едпеЕ(хД)= ¿„ (Ь)
е^ЭЕ (х,Ц/дх +dP(x,i)Ax = c(nt + ne), (10)
dnJH^nJl.-nJi, V(i)s f £(x,i ) dx, (nj
о
де £ - напружен!сть доля; P - сегнетоалектрична поляризация; ftc - мхкроскоична рухлив!сть HociiB; ric i nt - концэнтра-щя в!льних i локал!зованих hociib; T0 i T - час захоплення
за
ноо!я на уловлгаач 1 його локая1зац1г.
I
Залежи!сгь аоляркзац!£ в!д ноля Р(Е Je недШйною t може бути апрокоадовгна трьома д!лянкаии, як! уяаляють собою частицу !двал! зевано? патл! г!старе?иоа
Р -
О, В<ЕС.
MtS-fy. Е0<8<В5, (12)
да Е0- ко&рцативде пола; Ps - доляразкиДя насэтакня; б" - дп-наы!чна дхалактркчна проникн1сть
Отримати точна розв"язання в загелгноыу вндадку на уявля-еться мояцшвш. Тому в робот! розглянут! дек!лька посд!довннх наближань, у кожному з яких враховувалися чайб!лш ва?шш1 осо-бливост1, що буди вияш1он1 ексгоэрдааитально.
3 анал!зу модвл! б наближанн! однор!дного поля з урахуван-нлм нел!н!йно1 эалажност!' поляризац!! в1д поля стае зрозум!лим, чшу процео влвктризацН мае ирьохстад! йниЛ характер (puc.il). В яаршй стади поло ьедди каша эа коерцвтивне (Б < S0', а со-л^изацхя Pfx,t)= 0. У др-;г1И стадП б!ля позитивного электрода народяуеться сильна поляразад!я i утворюеться друга зона. В Tpaiifi стали в Tiii частиях, да полз дереб!лк£уе критична значения Е£, формусться тратя зона.
арипущашхя про повну компенсацию поляризац! Иного заряду реальяим означае, що ваконуетьоя р!вняши e(ne+ nj = ЗР/Эх. Папа в № ому випадку у друг!й зон! в однор!дним ! дор!вюов Вс. Були отримачх аналхтичн! виразк для алактретного потенциала i координат рухоглих мак зон, а такогк для трьох складоних зарядного струму, зокрама, емихстдаг (¿л) та лоляризащйжн (1Й)склад обо!
3 -я стадия
Рис,II. Схема розпод!лу поля (Е) 1 полярцзац!I ( Р ) вздовж товщияи сегнэтопол1ы9ра шд час елекгризац11 в коронному роэ-ряд! за умовоо сталого зарядного струму.
Рис.12. Узагальнана вкспердаентальна залехн!сть електрет-ного потенц1алу пл!вок ПЕДО в1д поглиненого заряду. Точки -розрахунох на п!дстав! модвл!.
Jü
l,= ( L0-gEe ) expl-lkj { exp<- {i-&*рШЯ>-l), (13 ) LK = (i/2)ie exp (L -
да - цров1дн1ст1 В припущенн! i
у аморфн!й $aái. iiaöoKoro захоплення 1кжактованих hooIïb заряду i сталост1 довашни npodlry hocíib буди ааад1тнчно розв"я--заш р!вняния лораносу на bcíx хрьох'стад1ях олектризацН i отримаш вир£.зи длл!к1нетикя ефактивного елаитретного потаяиД-алу. Так, для н&Шлъи важливох другох ст^д!ï оляктризац!х pl-ввдння елоктрвтного потенциалу мае вигддц
Vífc)» ^btjii +-í/-t£/t)[t/te +e'jEc/t,t„ +
+ (KWJÍ- ih(KV*J[t/t< * (VSAJfi-iKi--e>p[xJic/i4l/V.tJL
(15)
дзуь='(l*€'/e)(e,éx0/LXfc^ , V,- шввдйсть hocíib..3 яор!в~ няннл ¿ксяариыентальних та розрахуннозих данях до и 1 не тку i елаитретного яотаяц!алу а ПВДО будд эяайден! величина дюйм 1ч-ног д1бЛ9ктричнох CTajiof - 700, козрдатквного яслл EQ-~ 42 .»¿В/м, шдяризащх на^ичання « 61 ыКлД^, доатииси ¡лобi 17 нос i я б.Ю"^ м, добутку рухддъоет! на час захоплення «еТ, -I.3.I0""11 м^/В.
Еув такох проанал1зовакий режим нар i шо важного дкспврсШ--¡юго транспорту хнясактованих hocxïb в сегнзтодсийыерах, яккй припускае ïx багаторазова захоплення на базяарарвно розпоД1ла-нх за аиосгхеи локализован! стани i ïx тбрм!чна звхльнання до зони яров!дност!. Як показали ОЛ.Рудвнко t B.l.ApxinoB, для .матэрхалхв з широким ымргвтглнкм сшктром локалх :юваних ста-
н!в, до янях валзжать сегнвтоцол!мврк, торийчна р!вновага м!* захошхекиыи 1 делокад!зованиыи нос! дай на досягаеться протягом тривааого часу . Тему од!вв!днешзння м1а цовною кониентрац!ею п(х,1) 1 коншетралйею в!льних hocüb hjx,i) мае вигляд
t(i)^J¡[S(e]MUef) eja* ¿rendí), {l6)
да £ - анархия локал!зоваяого стану; )<J£ - густина улошю-вач!в э енерг!ями в!д £ до £ + oí£ ; - довна густина удо-влювач1в; - частотний фактор зв!лънання. 3 урахуванням ви-раз!в (12) та(1б) tíyAo отримано рхвняння трансаорту нос!iв заряду, в якоиу такоа хфкпускався експоненц1альш1й роздод!л локализована* стан!в за енарг!аю, яккй е характершш для пол!мер1в. Розв"язок Оув отрицаний у вкгляд! наблшвшо. анал1тичних вира-з!в. Надриклад, к I не тика елактратлого яотанц!алу п!д час дру-гох стад! i елактризац! i 8 використанням <5езрозм!рних нормал!-зованих ф!зичних величин мав виглдя
мыШцырУ'^ЬШ 1* СЕс +U-VJ1]*
де JL - дисяерс!йний дарамагр; хс - координата межи мхн дершоя? та другою зонами; tc ~ час дочатку другох фази олекоризадх I;
/С£+е').
Шд час проведения розрахунк!в црилускалися так! значения параметр!в, як! в!дповхдали експерименталышм даккм для UBí№: £с = 42 Ш/и, Е,= 53 ЫВ/м, й = 30, Р5 - 60 мКл/м2, е' = S50,
V IQ10 c~\ Zj* 1<Гпс, 0,06 aB, JL -1,2. ВаХячгш Sc, Е3, Ps 1 6 tíyjjs. вдзвачвн! з asasisy ягаз»Д1влаагрячвого г!отаразиоу, дарядйк величин \ , , ¿0 t L в1ддов1дав кла-су нзухюрядаованшс uaxeptasis. Па^аввтрса хйдгозкз &jx& образа рухдав1сть hocîïb у цров!дЕо»<у стая!, до яко2 ровражуккова к!-ввтика вдвктретного яотвнцЬалу Езяважася дуяо чу«лавою. На peo. 12 показан! розрахункова 1 екодаркмаетадьна аршз! V ( i0i ). Найкраща в!дпоа!дн1сть а результатам» ежохюрямбиту сдос?ар1га~ еться |ф2 yv « 1,1, |jKf® а'тЬ.о. Вшсодячи з числового зшчанйя, отрииада Еадкчина д!йоно характаризув рухлаа!сть в!льнях иоо!-ïb, осх!лька значения драйфово! або ефехгвгяю? рухдивост! в ¡IBM, яка вст&нонлена в робот!, а такой в!дош з л1гературн, ва 4~€ дорядн!в мента. Внсоха точность анал!личного р!шання хйдтвардхана його пор!внянняы з числовин р!шешяы р!внякь дао-пэр et Иного переносу ва ЕСМ.
ЗАГАЛЬШ ШСШШИ
Проведан! досл!даання доказують, цо ы!ж шляризахйе» ! об"-вмниы зарядом в свгнатодол1марах i композитах 1сяуз глубокий взаемозв"язок. При формуванн! поляризованого стаду з еэгнетодо-л!марах в!дбуваеться локал!зац!я hocííb заряду sa маках доля-ризованих областей, що феноменолог!чао виявляеться у р1эцоц,' необоротяьоыу зманшанв! ефективнох щ>ов!двоот1, зб!лызаш! ета-б!льност! алактретного дотанд!алу та появ! йнсмал!й на вольт-амдерних характеристиках, в абсорбц!йвих струмах та на кривкх струм!в ТСП. Ыайтрал!зу1эчи локальв! дедоляржзувч! вола, oö"sм-ниЯ зардд забезпачуе високу стабхльн!сть залишково! поляриза-ixiï, яка утворюе з шш самоузгодаану дов!лт>но р алан су ючу систему, в як!й вщ>!шальну роль грае захохиений заряд.
П1д чао влекгржзац!: сагяегсчкзл1иер1 у па основ! ПВДО ваатуеться, гсяоаааы чином, негативна! зарад. ГкаакпЗя мот в»дбува»ася не а! адж а мвталевого едактроду, ада й з в!ртуаль-сого» лхяй утворттьса да доверзн! яри адсорб0,!х ioaia короа-аого розрдду, е. гаксл 1з зарядзаяного вару, якнй розташованай на sw.6zEi, каср вклад, дри оярашненн! шх!вок потоком
елехтрон!в. ХижоктовангШ i *охад!зовзнкй заряд е оскошоо приютов насднор1двоог1 вадааково» содярсзагиг, Керуючи ввлнчв-Ц0(0 i цаащ)а!стз) аовв1ваього дата, модна сфорцуватг plaui дро-ф!л! задшкозох иодяризац!!, зозрама, отрсиати б1ь«.орфн! 1 61-хш еаяедн! о-хруктури. Ящо дочаткояо проваста форму вазня у сяаьзому тл1, то мо*на Qöueszrz зони локалхзацг! заряду т!ль-кп дридоввргывшми областями, t забазсэчнтЕ ти: самим драктич-20 од5ор!дну аоляркзац1в ВЗДОЬ» BCisI ТОВЖДНИ Шх!ВНИ. Яйцо по-чагкэва згаитрхзацхя Суда &д!Яснааа у серадаьоду пол!, тод! ва-£шаяча неоднор^дн! сть шшрвзащх на ыозе бути скорогована на-ь1ть у оильнкх полях, эавдякк бар"врц!й д!£ иару захоххленого об"бмвого заряду,
В poöosi дсхазаво, що хгрь бездерервному опроы!нащй сагне-тохюл!мвра потоком эарядовдниг частинок (режим EocTiäaoro зарядного струму,' лодярвдований стан формуегься у три етади. При цьи-му в об"зм! утьорюеться .трьошарова структура з меааш, що ру-хавться. ¡вивкговазх hocIi заряду дрейфують у нер!внова»юку ДЕСпарсШкому ражим:, яккй уокладяюеться нал!н!йною залеет!ста аоляризац!! в!д поля. В яерш!й облает! пола нихча коардативного, i сильно! поадризац!! кемае, у друг!й - поляризагця зм!шь еться вхд нуля до насичення, а в трет!й - поляризац1я е максимальной. Поляризац!Зна складова струму е пераважною на другому етаа! алактризац!х, який молена враховувати за найбмьш важливий.
Нема ьехановявно, до у юшадку неловко! комтаиоац»! лека-дьках дедодяркзуючр. полей захошмнша аарадаглв саоетвр!х,ае-ться елактркчна нертхйкхсть, яка гоявляелься у влгляд! гэшго-тги шум!в Бдркгауз^а, обо цязьночастот нхх отслозхшт с.тру-иу. Не за тухетч! ко|гквадня с груму с насл^см пооданом»: хв!хл* яедяадзахх! I, ю'Л рюхают ъая раз ал з пакетом 1мпульсно 1нжокго-яашгх нос!ха. I
Отряма1.1 оезудьтатн дозаолали зрооита ашювок, що п!ро-елоктричьдй офикт у, сегнатоподшорах мае частково злок^еглу пред оду „ тому що н!п обумовланг-й не т!льк1 спонтанной даляриза-цдс:\ ало й об"е1:ним зарядом, якаН знаходаться з нею у дннямхч-н11! р1внозазх> Про да св!дчпть температурке-полъоиий п старсш'.с дхрсактивносп 1 взазмоэв"язск о1ровлеитриня з р£шжсац!йиимк нэс<>оротша.т процаеши, Встшювлено» що внм!рюглшя дивам го лхроелектричного коефхц!енту е простил 1 над!йним засело»-! д!агностики псдяразованого стану сбгяотохюлхы'цив 1 аоьшозипхч
В роботх показало, -до ф!знчих процесц- якI в1дбуьаютьсп у согазтопол!мерах при формуваннх полярязо ьш:ого стаду, гЛдс,с~-ра.тлс феноменолог! чна модель, яка цойудоэака на п1дс?а?<1 ро:~ в'яэання рхв:ш!ь дасиарс1йкого траяедарту вооШ заряду в уш-вах нелШйнох эалвясностх поллргаацГх вхд поля. йорхваяння то-ореткчних 1 ексдериментальаих залаждостай електратяего потен-шалу вхд часу дозволило визначитн так! сакли в! параметра, як коерцитпвна поло, полярияахия насичення, дхелактрична стала, ефектавнх лревхднхегь и рухллв1сть носив заряду. На шдстав: заяройонованох моделх моава розд!лити складов! позного заряд-ног» струму, розрахувати киютяку поляризапдх, вибрати И обг-рунтувати оптшаяьнх-рехими олектризавдх, а також прогнозува-ти стабхлькхсть полфизованого стану.
Бяасл!док проведаного досл!дазкня буля вароблвк! рвкемаа-дац!1 до рехим!в 1зотары!чнох алектризац!х сагне*одол!мзр!в у коронному ррзряд! ! в сильних падях, я»! забезнечуютг високу, от!йку ! сднор!дну поляризацШ. Частина раксиэвдагйй, а також в!дагов!дна досл!дно-ярсияолоБа установка буш вяровадяан! в ДНО "Пластпод!ывр".
Досл!дхвння, яка було викозано, показуе, що кр!ы застосу-ьання сегцвтопод!мер!в як п!ро- ! п"Езоэлектричних пвретворюва-ч!в, у майбутньоыу моялнве розиирвиня натрадкгЦйнгос галузвй !х вякористашя. Так, висока отаб!дьн!сть електретного пот«нц!алу може йдгримуватись, якшо створен! сприятлив! умови щодо яо-в!льно£ самоузгодаонох рзлаксагих об"емного заряду Л поляри-зац12. Виявдений на досл!д! кваз!сгац1онарний струм п!сля шввд-кого охолодження доляризованого композита вказуе на мсжлив!сть утворення в ыайбутньому нового типу мадогабаритних джерел струму . Щлком йш5в!рно, що виянпенх у робот! автокозшвання струму у сегнатопол!мерах змозуть зншЧти застосування при ство-ранн! кизькочастотних д!алокгрячних генераторхв.
ОСНОВНИИ ЗН1СТ ДИ.СЕРТЛД11 ВКК/1ЛДЕНО У РОКОТАХ:
1. Сергеева А. Е. Электризованные полимерные пленки для гироэлект-рических детекторов излучения // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТПО. - 1987. Н1. - С. 48-52. ?.. ФедосовС. Н.. Сергеева Л. Е. Эффект Баркгаузена в пленках ПВДФ // Письна в 5ури. тега. Физ. - 1986.- т. 12, НТ. - С. 431-434.
3. Сергеева А. Е.. Федосов С. Н., Нясников Г. Д. . Лесных о. д. особенности термостинулированной поляризации и деполяризации пленок полипилилиденФторида // Внсоконол. соед. Б. - 1968.- т. 30,
нг. - с. ! ю-п г.
4. Сергеева А. Е. , Федосов С. Н. , Приббе С. А. Диэлектрический гистерезис в пленках ПВДФ. электризованных в коронном разряде //
• > •
Электронная техника. иатериади. 7 1969, сип. 7 12М>. - С. 82-еч. 3. Федосов с. Н.. Сергеева л. Е. Q природе пироэлектричества в 110-
ливинидилепфторше // *иэ. тв. тела. -1989. - т. 31. КЗ. - ti. ато-гтг. 0. Fedosovs. Я., sjreeeva А Е.. Korolchaü О. P. Kl»ctrleal Conductivity and Surface Potential ^есат in Corona Charted PVDF // J. Kater. Sei. lett. - 1989. - в. И6. - p. 931-932, 7. Сергеева A. E. Взаимосвязь поляризации с переносом я захватом заряда в пленка^ волгатаилнден^торида // Процессы электронере яоса н вакоплетга заралов в диэлектрика*. - Н. : ШИЯЗдектропика, 198В. сер. в, пып; 1. - С. 13-15. в. Федосов с. Н. . Сергеева А. В. Элективная подвижность носителей заряда в содиигрныж диэлектрика» // Vkp 4из. жгрп. - 1989. -Т. 34, Я4. - С. 608-611. 9. Сергеева А. Е. , Федосов с. н. . Артемьев В. А. Отрицательное динамическое сопротивление и автоколебания токл при поляризапми ПВДФ в коронном разряде у/ Пьезоэлектрические материалы и преобразователи- Ростов; РГУ. 1987, выл. в. - С. 52-38.
10. Sereeeva А. Е. . Fedosov 5. Ц., KorolebaK о. Р.. Prlbbe S. А. Effect of Electric Field and "Temperature on НУ 3 teres is of Prroeiectricitr in PVDK // 7th Int. Heet, on Ferroelectrlcitr : Abstr. - 1989. - P. 833.
И. Сергеева А. Б. Электризация пьеэополинерпше пленок ПВЯ» в ко-роннон разряде // Пьезоэлектрические материалы и преобразова тели. - Ростов: РГУ. 1990, выи. 8.- С. 58-62.
12. Sereeeva А к. . Fedosov 5ГН. Heasunne of Klecrical Relaxation Parameters in Polar Polmer Dielectrics ft J. Electrostatics. 1993. - v. 30. HI. - P. 327-334.
13. Сергеев? A. E., Федосов С. H. Перенос и захват заряда в тонкоп-денечши полимерных анорфно-кристадпическиж системах // Физика и технология тонко пленочных полимерных систем. - Гомель: БИИЖТ. 1991. Т. г. - С. 78-81.
Н. Сергеева А. Е. Пьеэополимерные пленки ПВЛФ. электризованные п коронном разряде // Прогрессивные конструкционные пленочные материалы М. : НЛ1ГГП. 1988. - С. 113-tl6.
»5. Федосов С. Н,. Сергеева л. Е. температурно-полевой гистерезис аироактивностя в полившилидгвФтсриде // высоконол. соед. н. -1989. - т. 3!, Hit. - С. 0ТО-572.
16. Федосов С. Н.. Сергеева А. Е. > Нотилинскап H.H. Переходные токи при облучении заряхэнши пленок /1 Язв. вузов. Физика. 1 »87.
- т. 30. Н9. - С. 1С-19.
17. Сергеева А, Е., Нотшншская H.H., Еорол&чак О. П. Электрическая релаксация в облученный ультрафиолетом заряаешшх пленках ПТФЭ // Процессы энекттопереноса л накопления зарядов в диэлектрика!. - И. : ЯКИЯЭдектроннка. - -198«. сер. 6, nun. !. - С. 34-6».
10. Сергеева A. S.. Федосов С. Н.. Мясников Г. Л. Зояотова В. Н. Неоднородность поляризапии в пьезопяеиках. подвергнутых термос-тимулярованаой элекгризапив в коронной разряде // Пьезоэлектрические материал и преобразователи. - Ростов: prv. 19?,«, вьш. 7. - С. 5в-65.
19. Федосове. Н.. Сергееза А. Е.. Корольчак О. П. Аномальная кипети-ка злгктретиого потенциала и ироаодиность ПВАФ, электризован ncfi'c в когокнок разряде // Журн. Физ. хикий. - 1989. - т. 63. N7.
- С. 1915-1917.
го. Fedoaov S. Я. . Zadorozlmy V. G. . Sergeeva А. Е. Ulectret Proper ties of Polyaer Films Deposited by Yacuuin Evaporation >/ Proc, 7th Int. Svmp. Electrets. - Berlin, 1991.- V. £7<?-?.75.
Z\. Sersecva A. Pyro<4cctriclty in Thin Films of PVDF // P*-oc. 9t)i mi. Conf. Thin Fl los. - Vienna. 1993.- P. 125-127.
22. Fedoscv S.B. . Sereeeva A. E. Hödel of PolariTatton Bulld~m> Curing Coropa CbarBine of Ferroelectric Folftners // J. Electrostatics. - 1993,- H30. - P. 39-46.
Sereeeva A. E.. Fedosov S. П., Vanderschuerrn i. , Thielen a. Re laxatlon Processes in PVDF-EaTi03 Composites Revealed by TSö and TSP Hethoda // Proc. eth' Int. Sytiip. Electrets.- Paris, 1994. - P: 742-747.
ill. Сергеева A. F.. . Федосов-С. н., Лесных О. Д. . Зсдотова В. И. Че . оСратинче процессы при изотермической и ■гсрностииулировднной поляризашм полимепшх пьезоплецок // Пьезомектричсскио
материалы я преобразователи. - Ростов: РГУ. 1987. вып. 6.-С. 49-52. I
га. Федосов с. н. , Сергеева А. Е, Модель полярязашга сегнетоэлектрк ■ ческкх полииердах пленок // И-аз Всесоозв. кон», по Физике се гнетоэлектрикоп. : Тез. докл.- Киев. 19S&. - С. 196.
26. Федосов С.И. Сергеева А. Е., Иотылянская Н. И. Внутренняя поляризация в плешах 1гтфэ, подверженных действк» коронного рэзря-да//Электронна^ обработка материалов. - 1987, Н5И37). -С. 48-50.
I
27. Сергеева А. Е. , Й»едосов С. Н. . Золотова Е. П. Поляризация пленок
I
ПВДФ в коронной разряде // Композиционные полимерные натериалы -Киев, 1990, вып. 47. - С. 15-19.
28. Федосов с н.. Сергеева А. Е. Переходные фототоки при Уф-обягче пик короноэлектретов нз ПТ?Э // йзв. вузов. Физика. - 1950. -
Т. 33, Нб. - С. 26-29.
29. Serseeva А. Е. , Fedosov S. К. , EorolchaK О. Р.. PrlbbeS. A. Irreversible Changes in Pyroelectric Activity of PVBF Caused by Application of DC Field and High Temperature // 5tb Int. Conf. Sol. St. Sensors »Actuators : Abstr. - Hontreus. 1969. - P. 182,
30. Fedosov s. H. . Sereeeva A. E. Electrical Conductivity in corona Charged PVDF // Proc. 4th int.Conf. Conduct. BreaKdovn in Solid Dlel. - Sestn Levante. 1992.- P. 214-216 // IEEE. 1992,-P. 125-127.
31. serseeva Л. E. . Fedosov S. H. . Prlbbe S. A. Hew Hetbod to Study Processes of Corona Charging and Electrical Relaxation in Ele ctrets // Proc. 8th Int. Stop. Electrets. - Paris, 1994. - P. 4 3-49.
32. Сергеева A. E., Федосов С. H. Диэлектрический шстерезис, неустойчивость тока и тепловые атш Каркгауэена в поляризованных пленках ПВЛФ // сегнетоэлектрики и льезоэлектрики. -Калинин: КРУ, 1986. - С. 92 96.
33 Сериева А. Е. , Федосов С. Н. . Нотылинская Н. Н. Одиночные волны поляризации и автоколебания в короноэдектретах на основе пье~ зополинеров // Реальная структура и свойства ацентричных кристаллов. М. : ИИГЧ1С. 1990. Т.Ч. - С. 359-364,
)'i, ф|.-досос с. и . 'Упгоена А. Е. Особенности поляризационного со-
стояния в полимера« сегнетоэлектриках // Диэлектрические материалы в экстремальных условиях. - Суздаль, 1990. т. 1. -С. 303-318.
35. Сергеева А. К.. Федосов с, Н. Влияние поляризационных пропессов на захват я релаксацию заряда в полукристаллической полинерной пленке // Электрическая релаксация в элемента* микросхем. - и. : ИГЭИ. 1988. - С. 108-112.
38. Serieeva А.К., Fedosov S.Я., KorolchaK O.P. Domain Instability and Oscillations of Current in Polyner Perroelectrlcs !/ Int. Зувр Domain Sir. Perroelectrlcs : Abstr. -Voleoerad, 1989. -P. 30.
37. Федосов С. H.. Сергеева A. E. Природа отрицательного динамического сопротивления и температурного коэффициента сопротивления в полимерных сегветоэаектрикзх // 12-ая всесоюзв. конф. по физике сегнетоэлектриков : Тез. докл. - Ростов. 1989, т. г - С. 128
38. Федосов С. Н., Сергеева A. É., Хорольчак о. П. О взаимосвязи поляризации и проводимости ори обработке ПВДФ в коронном разряде
- Электронная обработка нате риалов // 1989, Я5. - С. 38-40.
39. Сергеева А. Е. Разделение токов ТСД. обусловленных релаксацией голо- я гетероэаряда в полимерных пьеэоаленках // Пьезоэлектрические материалы и преобразователи. - Ростов: РГУ. 1988, вып. 7. - с. 54-58.
40. Федосов С. Н.. Сергеева А. Е. Электретная природа и темяературно -полевой гистерезис пироактивности в ПВДФ // Реальная структура и свойства апентричных кристаллов. - Александров, 1990. т. 1
- С. 370-374.
41. Сергеева A.B., Федосов с. н., Приббе С. А. о природе пироэлектричества В тонких пленка* поливинилидеяФторида // Физика и технология тонкопленочных полимерны* систем. - Гомель: БИИХТ, 1991. т. 1. - с. 118-121.
42. Сергеева А. Е., Нотылинская H.H.. Федосов С. Н. Эффективная под вихность носителей заряда и высокоомных полимерных диэлектриках // Физика и технология тонкопленочных полимерных систем. -Гомель: БИИХТ. - 1991, т. 2. - С. 93-95.
43. Fedosov S. H., Sereeeva a! E. Polarization and Electre! Proper
i 45
* 0
ties of Polymer Ferroelectric» // Proc. Int. Conf. Physics in UKraine. - riev. 1993. -Radiophysics and Electronics. - p, ga.ioo.
44. Sergeeva A. E. . Fedosov s. H. Improvement of ТЫсКпезз Unlformi -ty of Vacuum Coatings on Polyteers in ' ?rge Area Production Systems // 4th Kurot». Vac. Conf. • №psa la, 1994. ->' 11
45. Fedosov S. H. . sergeeva A. E. Polarization Build-up During con stant Oirrent Corona Charging of PVDF // Proc. 7th Int. Stop. ElectretS. - Berlin, 1991.- P. 249 254.
40. Fedosov S, Я. ■ Sorgecva A. K. On the Role of Charge Inject ion and Trapping in stability of Polarization m Ferroelectric Polymers // Proc ath int. Stop. Electrets. - Paris, 1994,-P. 000-605.
47. Сергеева A. E. , Федосов С. H. . Кородьчак О. П. Необратимые изменения и пьезополкнерных пленкаж при электризации // Реальная с.тгуктура и свойства апептричных кристаллов. - Н. : BHDHC. 1990, Т. 1. - С. 304- 370. 4в. Sergeeva А. Е. . Fedosov S. Н. , Plssis P. Son» Features of the Electric Relaxation in PVDK and PVDF-PZT Composites // Proc. eth Int. Symp. Elecirets. - Paris. 1994.- P. 74ft-753. 49. Sergeeva A. E. , Fedosov S, H. . Plssis P., Thtelen A., Vandersch ueren J. Dielectric Relaxation in PVDF-ВаТЮЗ Composites // Proc. eth Europ. Heeting on Ferroelectrtcs, HlJmeeen. 1995. -P. 321-324.
А10ЮТА1ШЯ
Сергеева А. К. форнигоналие и релаксация объемного заряда и нолиги запии в ссгиетчпдектмгнч-кнх полимерах.
Диссертация на соискание ученой степени доктора Фиэико-нлт^матнче-ских наук, специальность 01.04. ю - Физика полупронолникон и лип лгктрикон, Одесский госудагстнешшй /иииерситет. Одесса, 1995 г.
I) диссертации содержатся данние экспериментальных и теоретических исследон.шии но фсрмироиангао и релаксации поляризоп.шного еогтонмии i) гегнстополинегах и^рфли н этих процессах обм'много ряда Иск,п.шо, гг" нолириыцчйницоом'мний заряд,. иот-никапший п
результате инжекиии или разделения носителей заряда, образуют самосогласованную систеиг. стабильность которой определяется обьен-нын зарядом. локализующимся на границах поляризованных областей. Обнаружен ряд новых явлений в сегкетополимерак, таких как автоколебания тока, ал« Баркгаузена. квазистапконарные токи при быстром охлаждении поляризованных композитов. Разработана Феионенологичес-кая модель Формирования поляризованного состояния, на основе которой найдены коэрцитивное поле, поляризация насыщения, эффективная проводимость, диэлектрическая постоянная и подвижность инжектированных носителей.
AHHOTATIOH
л.£. sereeeva. Formation and Relaxation of Space Charge and Polarization in Ferroelectric Polymers.
Dissertation for a degree of the Doctor of Sciences in Physics and Hnthematlcs, speciality 01.04.10 - Physics of Semiconductors and Dielectrics. Odessa State University, Odessa, 1995.
The dissertation contains data of experimental and theoretical investigations on the build-up and relaxation of a polarized state in ferroelectric polymers, and the role Played in these processes by the space charge. It has been proved that the polarization and the apace charge, the latter appearing as a result of either injection, or separation of charge carriers, form a self-consistent and slowly relaxing system. Its stability is governed by the space charge localized at the boundaries of the polarized zones. Several new phenomena in ferroelectric polymers have been discovered, such as auto-oscillations of a current. BarKhausen's noises, luasi-statio-nary currents in cooled composites. A Phenonenological model has been developed to describe a build-up of the polarized state. Some important parameters were obtained from the model, such as the coercive field, the saturated polarization, the apparent conductivity, the dielectric constant, the mobility of the carriers.
Ключов! слова: сегнетопол1иери, коипояити, ПВ/М-, П(ВЛФ-Т<РЕ).
