Розділ 2. Генерація - рекомбінація, сольватація та адсорбція -десорбція носіїв заряду у РК та ізотропних діелектричних рідинах
2.1. Генерація-рекомбінація носіїв заряду
У переважній частині наукових праць, опублікованих до початку виконання дисертаційної роботи [25-34], а також і в статтях, опублікованих в останні роки [204-207], для дослідження процесу генерації та рекомбінації носіїв заряду в діелектричних рідинах використано аналіз кінетики електричних параметрів речовини (у більшості випадків струму), яка виникає при ввімкненні або вимкненні електричного поля. Вирази для аналізу такого процесу було наведено в [63] (вираз (В15)) та [208].Основна ідея названих вище робіт полягала в тому, що аналізуючи кінетику, наприклад струму, можливо встановити механізм генерації - рекомбінації носіїв заряду та оцінити параметри і . Як буде показано в розділі 3, внаслідок приелектродних процесів електричне поле в зразку неоднорідне. Оскільки на даний період дослідження діелектричних рідин розділити приелектродні та об'ємні динамічні процеси практично неможливо, подальше дослідження генерації - рекомбінації будемо вести тільки на основі аналізу стаціонарних характеристик (у більшості випадків провідності).
2.1.1. Трансформація зарядового стану в діелектриках
Генерація - рекомбінація носіїв заряду з молекул домішок описується на основі схеми (В8). Розділення носіїв заряду переважно пояснюють на основі моделі Онзагера [206,207] або Пула - Френкеля [204] . Для кожного з таких механізмів характерна досить сильна залежність від U та Т. Тому під дією невеликих полів при порівняно низьких температурах завжди залишається певна кількість домішок, які не розпалися. Довгочасна дія сильних електричних полів при високих температурах приводить до того, що всі наявні молекули домішок розпадуться на іони. Тобто дією електричного поля при певній температурі можливо перевести зразок в стціонарний стан.
При дослідженні процесу стабілізації параметрів зразків вияснилось, що дія електричного поля та нагрівання приводять не тільки до повної іонізації молекул домішок, але і до трансформації зарядового стану зразків. Найбільш чітко такий процес проявився при дослідження чистого ІМ.
В розділі 1 вже відмічалось, що в перехідних процесах, які виникають при зміні полярності прикладеної напруги, не завжди можна зафіксувати максимум струму. Проте в щойно виготовлених зразках з чистим ІМ чітко фіксували два таких максимуми. Аналіз залежності часу дрейфу від напруги та товщини комірки показав, що кожний максимум характеризує дрейф іонів. Експериментально визначені часи дрейфу іонів відрізнялися майже на порядок. Тобто в щойно виготовлених зразках перенос заряду здійснювався за рахунок принаймні двох типів іонів, рухливість яких відрізнялась на порядок. При стабілізації параметрів зразків пік, який характеризував перенос менш рухливих носіїв заряду, постійно зменшувався і в стабільному стані він фактично не проявлявся. Тобто поряд з іонізацією молекул всіх домішок стабілізуюча роль електричного поля та температури може визначатися селекцією іонів за їх типом. Очевидно, що дана селекція здійснюється за рахунок фіксації більших за розмірами іонів у приелектродній області, хоча може відбуватися дисоціація масивних тричастинкових іонів [6,205].
2.1.2. Генерація - рекомбінація в стаціонарному стані
Основною властивістю стаціонарного стану рідини є однакове значення провідності для даної температури. Якщо в діелектричній рідині є термічно нестійкі домішки, то всяке підвищення температури повинно змінити концентрацію іонів. Тому стабільний стан повинен характеризуватися відсутністю температурної залежності для концентрації носіїв заряду. Перевірка виконання такої умови була проведена для ІМ. Це в основному було викликано тим, що, по-перше, в даній рідині досить добре фіксується максимум перехідного струму (тобто значення ? можна знайти з невеликою похибкою), по-друге, електричні параметри ІМ та більшості з досліджених РК близькі.
Температурні залежності ?DC , ? та n для ІМ наведено в табл. 4 ([К18]). Як видно з отриманих даних, в інтервалі 291-319 К температурна залежність ?DC зумовлена температурною залежністю ? . Виходячи з цього, було отримано, що n=4,0?1020 м-3. Можливість існування стаціонарного стану рідини була підтверджена і для 5ЦБ.
Таблиця 4. Температурні залежності ?DC, ? та n для ІМ в стаціонарному стані. Товщина зразка 38 мкм. Дані з роботи [К18].
Т,
К?DC,
Ом-1?м-1?,
м2/(В?с)n,
м-3291,06,0?10-10 9,3?10-12 4,0?1020 304,52,8?10-9 4,4?10-11 4,0?1020 309,75,3?10-9 8,3?10-11 4,0?1020 313,88,3?10-9 1,3?10-10 4,0?1020 318,81,4?10-8 2,2?10-10 4,0?1020
Враховуючи наведений у вступі аналіз, вплив процесів рекомбінації вивчали на основі залежності провідністі рідини від концентрації сильнодисоціюючої домішки. Для досліджень було взято також ІМ. Домішкою був ТЙ. В розділі 1 було показано, для того щоб визначити значення ?DC , потрібно знати напругу поляризації (співвідношення (1.2)). Похибка визначення ?DC залежить від похибок визначення стаціонарного струму і Up. Тому вона більша ніж похибка визначення ?АC. Тому для зменешення похибки вимірювали концентраційну залежность ?АC. Отримані дані наведено на рис.9. Видно, що на відміну від даних, наведених у [35], спостерігається лінійна залежність ?АC від с. Тобто у даній рідині ефективність рекомбінації досить мала. Зроблені нами оцінки показали, що константа іонізації ТЙ в ІМ становить 0,2. Тобто є ще велика частина нейтральних молекул ТЙ, які, як це буде детальніше розглянуто в 2.2., можуть брати участь у створенні сольватних оболонок, частково екрануючи електростатичну силу взаємодії між іонами. Таким чином, отримані дані показали, що у діелектричних рідинах можуть існувати стаціонарні стани, в яких ефективність генерації та рекомбінації є досить малою. Виникає питання, чи можна і яким чином перевести зразок в інший стаціонарний стан. Це і буде розглянуто далі.
2.1.3. Зміна параметрів стац
- Київ+380960830922