熱(rè)激(jī)勵去(qù)極(jí)化(huà)電(diàn)流(TSDC)測(cè)量的原理
 

　　基本原理概(gài)述
 

　　熱激勵去(qù)極(jí)化電(diàn)流(liú)(TSDC)測量的基本(běn)原理(lǐ)是(shì)基(jī)於(yú)電介質的極化(huà)和(hé)去極化過程。當(dāng)在(zài)電介質(zhì)材料(liào)上施加一(yī)個電(diàn)場時(shí)，材(cái)料(liào)內(nèi)部的偶(ǒu)極子(具有正(zhèng)負(fù)電(diàn)荷中心(xīn)不重合的分子(zǐ)或離子團)會在電(diàn)場(cháng)作(zuò)用下(xià)發生(shēng)取向排(pái)列，同(tóng)時電荷(hé)也(yě)會在(zài)材料內(nèi)部的陷阱(jǐng)(可(kě)以捕獲電(diàn)荷(hé)的局(jú)部能(néng)量(liáng)狀(zhuàng)態(tài))中(zhōng)積(jī)累，這個過程稱為極化(huà)。
 

　　當電(diàn)場移除後，這(zhè)些(xiē)被極(jí)化的偶極子和(hé)被(bèi)捕獲(huò)的電荷(hé)會逐漸(jiàn)恢(huī)復到(dào)原來(lái)的狀態(tài)，這(zhè)一過程稱(chēng)為去極化(huà)。在(zài)去極(jí)化過程中，會產生一個(gè)隨(suí)時間(jiān)變化(huà)的(dí)電流(liú)，即(jí)去(qù)極化(huà)電(diàn)流。熱激勵去極化電流測量(liáng)就(jiù)是通(tōng)過對這個去極化電(diàn)流(liú)的(dí)檢(jiǎn)測(cè)和分析來獲取(qǔ)材料的(dí)相(xiāng)關(guān)信息。
 

　　極(jí)化過(guò)程細節
 

　　極化過程中(zhōng)，電(diàn)介質(zhì)材(cái)料(liào)內部的偶極子會受(shòu)到(dào)電場力的作(zuò)用而發(fā)生旋轉。對(duì)於(yú)具(jù)有(yǒu)不同極化機製(zhì)的(dí)材料，偶(ǒu)極(jí)子的(dí)響應方(fāng)式(shì)有所不(bù)同(tóng)。例(lì)如(rú)，在(zài)取(qǔ)向(xiàng)極(jí)化(huà)中，具(jù)有偶(ǒu)極(jí)矩(jǔ)的分子(zǐ)會(huì)在電場(cháng)作(zuò)用(yòng)下(xià)克(kè)服(fú)熱(rè)運(yùn)動的(dí)幹(gān)擾，逐漸(jiàn)沿電場方向排(pái)列。以水分(fēn)子為例，水分子(zǐ)是極(jí)性(xìng)分(fēn)子，其偶極(jí)矩(jǔ)為 1.85D(德拜)，在(zài)電場作用(yòng)下(xià)，水(shuǐ)分(fēn)子的(dí)氫(qīng)端會指向電場(cháng)的負(fù)極，氧端指向(xiàng)電(diàn)場(cháng)的(dí)正極。
 

　　同時(shí)，材(cái)料(liào)內部的(dí)可動離(lí)子(zǐ)也(yě)會(huì)在(zài)電場作用下(xià)發生遷(qiān)移(yí)。這(zhè)些(xiē)離子會被(bèi)材料中(zhōng)的陷(xiàn)阱(jǐng)捕獲，形成空(kōng)間電荷極化(huà)。例如在(zài)一些陶瓷材(cái)料中，摻雜的雜質離子可(kě)能會(huì)在晶界(jiè)等缺陷處形成陷阱(jǐng)，當(dāng)施(shī)加電場(cháng)時，材料內部(bù)的(dí)載流子(zǐ)(如(rú)電子(zǐ)，離(lí)子(zǐ))會被(bèi)這些(xiē)陷阱捕獲，從(cóng)而產生(shēng)極化現象。
 

　　北(běi)京(jīng)華(huá)測試驗儀器有限(xiàn)公(gōng)司專(zhuān)業研發生(shēng)產高(gāo)壓油(yóu)浴極化(huà)裝(zhuāng)置，多通(tōng)道(dào)，可定(dìng)製(zhì)。
 

　　去極化過程與電流產(chǎn)生(shēng)
 

　　當極化(huà)後(hòu)的(dí)材料(liào)被加(jiā)熱時，溫(wēn)度的升高會為(wéi)偶極子和被捕(bǔ)獲的(dí)電荷提(tí)供能量，使(shǐ)它(tā)們(mén)能夠(gòu)克服原來(lái)的(dí)束(shù)縛，恢(huī)復(fù)到隨機(jī)分(fēn)布(bù)的狀(zhuàng)態。這個(gè)過程(chéng)中(zhōng)，偶極子(zǐ)的重(zhòng)新(xīn)取向(xiàng)和電荷從陷(xiàn)阱(jǐng)中的釋(shì)放會導(dǎo)致電流的(dí)產生。
 

　　根(gēn)據熱(rè)激(jī)活理(lǐ)論，去極化電流與溫(wēn)度之(zhī)間存(cún)在一(yī)定的(dí)關(guān)係。去極化電流密(mì)度可以(yǐ)用(yòng)以下(xià)公式表示(shì)：，其中是一個與(yǔ)材料(liào)和實(shí)驗(yàn)條(tiáo)件有關(guān)的(dí)常(cháng)數，是(shì)激活能(表(biǎo)示(shì)偶極子或電荷從束(shù)縛狀態(tài)釋放所需的能(néng)量(liáng))，是玻爾(ěr)茲(zī)曼常(cháng)數，是(shì)絕(jué)對溫度(dù)。
 

　　隨著溫度(dù)的(dí)升(shēng)高(gāo)，去極化電流會(huì)先(xiān)增大後(hòu)減小(xiǎo)。在開始(shǐ)階(jiē)段(duàn)，溫(wēn)度(dù)升高使得越(yuè)來越(yuè)多(duō)的(dí)偶極子(zǐ)和電荷(hé)能夠(gòu)獲得足(zú)夠(gòu)的(dí)能量(liáng)進行去極化，電流增大；當(dāng)大部(bù)分(fēn)偶極(jí)子(zǐ)和電荷都完成去(qù)極化後，電流(liú)就會逐漸減小(xiǎo)。通過測(cè)量(liáng)不同溫度下的(dí)去(qù)極化電(diàn)流，就可以得(dé)到 TSDC 譜(電流(liú) - 溫度(dù)曲綫)，這個譜圖包含了材(cái)料的極化機(jī)製(zhì)，陷(xiàn)阱(jǐng)深(shēn)度，載流子(zǐ)濃度等(děng)多種(zhǒng)信息。
 

　　測量(liáng)係(xì)統(tǒng)組(zǔ)成(chéng)與操(cāo)作(zuò)
 

　　TSDC 測(cè)量(liáng)係統主要(yào)由(yóu)加(jiā)熱裝(zhuāng)置，電極(jí)係(xì)統，電(diàn)流(liú)檢測(cè)裝置(zhì)和溫(wēn)度控製與(yǔ)記(jì)錄裝置(zhì)等部(bù)分(fēn)組(zǔ)成。首先將樣品放(fàng)置在電極之(zhī)間(jiān)，施(shī)加一個極化電場(cháng)對樣品進(jìn)行極化，極化(huà)時間通(tōng)常根據(jù)材料和(hé)實(shí)驗(yàn)要求而(ér)定(dìng)，一般(bān)在幾分鐘(zhōng)到(dào)幾(jī)小時之間。
 

　　極化(huà)完成後(hòu)，迅速(sù)切(qiē)斷(duàn)電場，然(rán)後以(yǐ)一(yī)定的升(shēng)溫速(sù)率對樣(yàng)品進(jìn)行(háng)加熱(rè)，同(tóng)時用高靈敏度的(dí)電(diàn)流檢測(cè)裝置記(jì)錄去(qù)極化(huà)電(diàn)流隨(suí)溫度(dù)的(dí)變(biàn)化(huà)。升(shēng)溫速率的選擇也很關鍵，不同的(dí)升溫速(sù)率可能(néng)會影響 TSDC 譜的(dí)形狀和特征峰的位(wèi)置。例如(rú)，較(jiào)低的升溫速(sù)率可以(yǐ)使譜圖中的峰更(gēng)加(jiā)尖(jiān)銳，有利於準確分析材料的(dí)特(tè)性。
 

　　北(běi)京(jīng)華(huá)測試驗(yàn)儀(yí)器有(yǒu)限(xiàn)公司(sī)專業(yè)研(yán)發(fā)生(shēng)產熱激勵(lì)去極化電流(TSDC)測量(liáng)設備(bèi)。