Особенности, изготовление и характеристики электретов
Электреты – это диэлектрики, которые способны длительное время сохранять поляризованное состояние после снятия внешнего воздействия, ставшего причиной возникновения поляризации, а также создавать квазипостоянное электрическое поле в окружающем пространстве.
В 1919 году японским ученым Ёгути были открыты электреты. Значительное количество методов внешнего воздействия, используемых материалов, технологических способов для создания поляризованного состояния в диэлектриках обуславливает многообразие проявления в них электретного эффекта. Представления о данном эффекте основаны на двух типах зарядов: гетерозаряд и гомозаряд. Первый обусловлен процессом электрической поляризации в диэлектрике из-за ориентации диполей, ионной поляризации и смещением пространственного заряда. В данном случае отрицательный заряд электрета сосредотачивается у анода, а положительный у катода, а образующееся электрическое поле противоположно по направлению полю поляризации.
Пространственный заряд – это нескомпенсированный, распределенный электрический заряд одного знака.
Гомозаряд обусловлен процессом инжекции из электродов в диэлектрик носителей зарядов, а также локализацией их на центры захвата или рекомбинации дырок и электронов. В таком случае возле катода располагается связанный отрицательный заряд, а возле анода положительный. Электрическое поле, которое образуется в результате этого имеет такое же направление, что и поляризационное. Данные ловушки представляют собой энергетические уровни захвата носителей зарядов в запрещенной зоне полупроводников или диэлектриков.
В настоящее время известно несколько способов изготовления электретов. Большинство из данных способов основано на том, что диэлектрик помещается в электрическое поле и дополнительно подвергается физическому воздействию, способствующее уменьшению времени релаксации диполей или ускорению миграции заряженных частиц. Но электронное состояние может также возникать и без приложения к диэлектрику внешнего электрического поля, например, от механической деформации, при зарядке в поле коронного разряда, при электризации трением и т.п.
Коронный разряд – это самостоятельный газовый разряд, который возникает в резко неоднородных полях у электродов с большой кривизной поверхности.
Самой важной характеристикой электретов является эффективная поверхностная плотность зарядов, которая определяется экспериментально. Она равняется разности между гомозарядами и гетерозарядами. Еще одним важным параметром, который характеризуется свойства электретов - время релаксации зарядов, то есть время уменьшения заряда в определенное количество раз. Третий важный параметр - время жизни электрета или промежуток времени, в течении которого электрет сохраняет свои характеристик. Данный параметр составляет от 3 до 10 лет.
Классификация и область применения электретов. Электретный микрофон
Электреты классифицируются по следующим признакам:
- Тип электрически неравновесного состояния диэлектрика. Согласно данному признаку электреты делятся на электреты с ориентационной дипольной поляризацией, с истинной поляризацией, комбинированные, с избыточным внедренным зарядом и с объемно-зарядовой поляризацией.
- Материал диэлектрика. Согласно данному признаку электреты делятся на биоэлектреты, неорганические кристаллические электреты, полимерные электреты, металлополимерные электреты, сегнетоэлектреты, электреты полученные в результате воздействия плазмы тлеющего разряда и т.п.
- Способ получения. Согласно данному признаку электреты делятся на термоэлектреты, термические электреты, механические электреты, электрические электреты, фотоэлектреты, короноэлектреты, радиоэлектреты и т. п.
В качестве компонентов электреты используются в:
- медицинских аппликаторах,
- имплантируемых электретных стимуляторах остеорепарации,
- преобразователях оптических, механических, акустических, тепловых, радиационных и прочих сигналов в электрические сигналы,
- системах герметизации,
- запоминающих устройствах,
- узлах трения,
- электрических двигателях,
- противоэрозионных конструкциях,
- генераторах,
- мембранах,
- фильтрах.
По принципу действия электретный микрофон схож с микрофоном конденсаторного типа. В нем, в качестве неподвижной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения используется пластина из электрета. У электретного микрофона, в отличии от динамических чрезвычайно высокий импеданс, поэтому они подключаются к усилителям с высоким входным сопротивлением. В состав практически всех видов электретных микрофонов входит предусилитель на полевых транзисторах или миниатюрных радиолампах.
