Полимерные короноэлектреты: традиционные и новые технологии и области применения

Метод коронного разряда на сегодняшний день является наиболее распространенным в производстве полимерных электретов. Преимуществами коронной электризации являются простота аппаратуры, довольно высокая скорость процесса и равномерное распределение зарядов по поверхности. В основе метода поляризации диэлектриков с помощью коронного разряда лежит перенос носителей заряда из области электрического разряда в воздушном (газовом) зазоре на поверхность диэлектрика и фиксирование их на энергетических поверхностных и объемных ловушках. Поверхностными ловушками могут служить химически активные примеси, специфические поверхностные дефекты, вызванные процессами окисления, адсорбированные молекулы, различия в порядке расположения молекул на поверхности и в объеме. Возникновение объемных ловушек может быть связано также с наличием примесей, дефектов мономерных единиц, нерегулярностей в цепях и несовершенств кристаллических образований. Ловушками также могут служить граница раздела фаз и свободный объем полимера.

Дешевизна и распространенность ряда крупнотоннажных полимеров (полиэтилена, полипропилена, полистирола и др.) делает их очень перспективными материалами для получения короноэлектретов. Не случайно, большое количество работ по изучению электретного эффекта в диэлектриках посвящено этим полимерам.

Преимуществами полимерных материалов является возможность относительно легкого управления их свойствами путем модификацией наполнителями различной природы, пластификаторами, другими добавками. Этим приемом пользуются и для изменения их электретных характеристик. Так, для изменения или придания сегнето- или пьезоэлектрических свойств полимерам в их состав вводят неорганические сегнетоэлектрики. Однако данных об изменении электретных свойств полимеров при наполнении подобными веществами в литературе практически нет.

Полученные данные свидетельствуют о том, что добавление сегнетоэлектрических наполнителей ведет к росту значений электретных характеристик полиэтилена, но только до определенной степени наполнения, после чего наблюдается их снижение (рис. 1).

Однако для некоторых полимерных композиций было выявлено, что при определенных температурах предварительного нагрева перед электретированием Тпол применение сегнетоэлектрика позволяет на порядок повысить значения электретных характеристик полимера (табл. 1). Данный эффект был связан с особенностями поведения сегнетоэлектриков в точке Кюри. Если перед электретированием сегнетоэлектрик находится в параэлектрической фазе, а полимер - в вязко-текучем состоянии, то процесс перехода наполнителя в сегнетоэлектрическую фазу осуществляется при охлаждении полимерной матрицы в короне. При этом полимер затвердевает и фиксирует, «замораживает» доменные кристаллы сегнетоэлектрика в ориентированном состоянии - наблюдается существенное повышение электретных характеристик композиций. Этот факт проявляется, в частности, для композиций ПЭВД с NaNO2 и с Ва-ТЮэ, которые имеют точку Кюри выше температуры плавления полиэтилена (165 и 133 °С соответственно).