Электреты это: Электреты — Википедия – Мир современных материалов — Электреты — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Электреты — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Электре́т — диэлектрик, длительное время сохраняющий поляризованное состояние после снятия внешнего воздействия, которое привело к поляризации (или заряжению) этого диэлектрика, и создающий в окружающем пространстве квазипостоянное электрическое поле.

Большое количество используемых материалов, методов внешнего воздействия, технологических приемов для создания поляризованного состояния в диэлектриках обуславливают многообразие проявления электретного эффекта в них.

Современные представления об электретном эффекте основаны на двух типах зарядов в диэлектриках — гетеро- и гомозаряде.

Гетерозаряд обусловлен электрической поляризацией в объёме диэлектриков вследствие ориентации диполей, ионной (или электронной) поляризации, а также смещением пространственного заряда. В этом случае отрицательный заряд электрета сосредотачивается у анода, положительный у катода, и возникающее электрическое поле противоположно по направлению полю поляризации.

Гомозаряд обусловлен инжекцией из электродов в диэлектрик носителей зарядов и локализацией их на центрах захвата или рекомбинации электронов и дырок (на энергетических ловушках) различной природы. В этом случае у катода располагается связанный отрицательный, а у анода — связанный положительный заряд, и результирующее образующееся поле имеет то же направление, что и поляризующее. Вышеупомянутые ловушки представляют собой энергетические уровни захвата инжектированных носителей заряда в запрещенной зоне диэлектрика или полупроводника.

Существует несколько способов изготовления электретов. Большинство из них основано на том, что диэлектрик помещают в электрическое поле и подвергают дополнительному физическому воздействию, которое уменьшает время релаксации диполей либо ускоряет процесс миграции заряженных частиц. В зависимости от вида физического воздействия различают термо- (нагрев вещества), электро- (действие электрического поля), фото- (действие света), магнито- (действие магнитного поля), радио- (воздействие ионизирующего излучения) и др. электреты. Электретное состояние может возникать и без приложения к диэлектрику внешнего электрического поля, например, от механической деформации (механоэлектреты), при заряжении диэлектрика в поле коронного разряда (короноэлектреты), при нагревании полимеров в контакте с электродами из разнородных металлов (металлополимерные электреты), при электризации трением (трибоэлектреты), под воздействием плазмы тлеющего разряда. Электретный эффект присущ сегнетоэлектрикам (сегнетоэлектреты), тканям живого организма (биоэлектреты). При фиксировании ориентированных в электрическом поле диполей и смещенных ионов химическим путём, например, вулканизацией, получают хемоэлектреты.

Важнейшей характеристикой электретов, определяемой экспериментально, является эффективная поверхностная плотность зарядов (σэф {\displaystyle \sigma _{\text{эф }}}, Кл/м²), равная разности между гомо- и гетерозарядами. Другим параметром, характеризующим свойства электретов, является время релаксации зарядов Tp{\displaystyle T_{p}} (время уменьшения заряда в e раз). Временем жизни электрета Tж{\displaystyle T_{\text{ж}}} называется промежуток времени, в течение которого материал сохраняет электретные характеристики. У различных полимеров Tж{\displaystyle T_{\text{ж}}} составляет 3 — 10 лет.

Существует несколько традиционных областей применения электретов. Они применяются в качестве элементов:

Губкин А. Н. Электреты. М.: Наука, 1978. 192 с.
Электреты / Под ред. Сесслера Г. — М.: Мир. — 1983. — 487 с.
Лущейкин Г. А. Полимерные электреты. — М.: Химия. — 1984. — 184 с.

Пинчук Л. С., Гольдаде В. А. Электретные материалы в машиностроении. — Гомель: Инфотрибо. — 1998. — 288 с.

Гороховатский Ю. А. Электретный эффект и его применение. // Соросовский образовательный журнал. — 1997. — № 8. — С. 92-98.

Рычков А. А., Бойцов В. Г. Электретный эффект в структурах поли-мер — металл: Монография. — СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена. — 2000. — 250 с.

Галиханов М. Ф. Короноэлектреты на основе полиэтиленовых композиционных материалов. // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2008. № 5(С. 20-29) — 6 (С. 40-45).

Мир современных материалов — Электреты

Электреты относятся к классу активных диэлектриков и представляют собой материалы, способные после зарядки в электрическом поле долго сохранять электрический заряд.

Использовать постоянную поляризацию в качестве электрического аналога магнита впервые предложил Хевисайд. Он же придумал слово «электреты» и предсказал их практическое применение в качестве удобного и доступного источника электрического поля, не требующего батарей. Первые эксперименты с электретами были выполнены Егучи, который взял карнаубский воск, расплавил его, а затем поляризовал и охладил в сильном электрическом поле. При этом он ожидал, что смещенные заряды и ориентированные диполи окажутся заморожены и у соответствующих электродов появятся положительные и отрицательные поверхностные заряды. Эти заряды периодически им измерялись (рис. 1).

Рис. 1. Рассеченный конденсатор: оба электрода прилегают к электрету и замкнуты на землю (а), верхний электрод отсоединяется от земли и удаляется от электрета (б)

При измерениях электрет помещается между закороченными пластинами конденсатора и его поверхностные заряды индуцируют равные заряды противоположного знака на прилегающих электродах. Затем верхний электрод изолируется и удаляется и измеряется его заряд.

Егучи обнаружил, что если электрет хранится в условиях экранирования его поверхности металлическими пластинами, то величина поверхностного заряда постепенно уменьшается, меняет знак, а затем вновь возрастает до некоторого постоянного значения, имеющего знак, противоположный первоначальному заряду. Если после этого электрет оставался некоторое время не экранированным, заряд уменьшался, но при экранировании частично восстанавливался. Гросс (Gross, 1949) впервые объяснил такое поведение электретов (рис. 2) как взаимодействие между поверхностными гетерозарядами, обусловленными объемной поляризацией и имеющими знак, противоположный знаку прилегающего электрода при поляризации, и гомозарядами, обусловленными свободными зарядами и имеющими тот же знак, что и знак прилегающего электрода.

Происхождение гомозарядов объясняется следующим образом. При увеличении объемной поляризации в начале зарядки (стадия А) поле в зазоре между диэлектриком и электродом увеличивается до тех пор, пока не происходит пробой воздушного промежутка, при котором осаждаются ионы того же знака, что и потенциал электрода. При дальнейшей поляризации происходят повторные разряды, еще больше увеличивающие гомозаряд. В конце поляризации на поверхностях диэлектрика существует смесь гетеро- и гомозарядов.

Любой детектор плотности поверхностных зарядов показывает их алгебраическую сумму. По окончании поляризации и закорачивания прикладываются экранирующие электроды (стадия Б), при этом внутреннее поле в диэлектрике значительно уменьшается, так что объемная поляризация снижается, а индуцированный гетерозаряд спадает и остается только гомозаряд. Далее электрод удаляется (стадия В), гомозаряд восстанавливает внутреннее поле в том же направлении, что и начальное поляризующее поле, нарастает объемная поляризация, вызывающая появление гетерозаряда, в то же время гомозаряд уменьшается под действием собственного поля. Когда электрод прикладывается снова (стадия Г), поляризация опять уменьшается.

Рис. 2. Типичное поведение электрета на различных стадиях: А – поляризация внешним полем; Б — электроды закорочены;

В — верхний электрод удален; Г—электрет вновь экранирован.

Из приведенною выше анализа поведения электретов ясно, что спад гетеро- и гомозарядов можно исследовать по отдельности, проводя измерения на стадиях Б и В. Кроме того, поскольку дипольная релаксация и проводимость, ответственные за спад гетеро- и гомозарядов в электретах, являются термически активированными процессами, то можно ускорить проведение измерений. Температурную зависимость времени спада можно определять при повышенных температурах, когда это время мало, и по полученной энергии активации путем экстраполяции находить значение для комнатной температуры. Типичные значения постоянной времени τ в уравнении спада поверхностного заряда q_е=q₀eхр(-t/τ) приведены в табл. 1 для полиэтилентерефталата (ПЭТ) и фторированного этиленпропиленового сополимера (ФЭП).

Таблица 1. Постоянная времени τ спадания заряда электрета

Полимер	Постоянная времени τ, годы
Полимер	Гомозаряд	Гетерозаряд
ПЭТ ФЭП	1.5 50	0.5 0.5

Из приведенных данных можно сделать вывод, послуживший основой для создания электретов с долговременной стабильностью, что время жизни гомозарядов гораздо больше, чем гетерозарядов. Тонкие (12 мкм) пленки ФЭП. Металлизированные с одной стороны, заряжают непосредственным внедрением электронов, используя пучок электронов низкой энергии (10-40 кэВ). Подбором энергии электронов добиваются того, чтобы средняя глубина проникновения равнялась половине толщины пленки.

Для оценки глубины ловушек, в которые попадают заряды (мера стабильности электрета относительно термораспада), можно использовать метод термостимулированной деполяризации (ТСД), при котором электроды с обеих сторон электрета присоединяются к чувствительному измерителю тока, а образец медленно нагревается с постоянной скоростью (например, 1°С×мин^-1). На зависимости тока от температуры наблюдаются дискретные пики, по мере того как высвобождаются заряды из все более глубоких ловушек (рис. 3) Дипольная релаксация также приводит к появлению пиков в спектрах ТСД.

Рис. 3. Спектр тока термостимулированной деполяризации фольгированного ФЭП-электрета (алюминий с одной стороны) сразу после поляризации: 1 — заряд электрическим разрядом; 2 — заряд электрическим пучком. Скорость нагрева 4 °С×мин^-1.

Плотность заряда в электретах может достигать величины 1 мКл×м², а время разряда превышать 20 лет. В основном, такие электреты используются в электретных микрофонах, конструкция которых изображена на рис. 4. Электретная пленка образует диафрагму, на которую попадают звуковые волны. При колебании пленки меняется электрическое поле между электретом и противоэлектродом и в цепи появляется сигнал. В микрофон обычно встроен предусилитель, состоящий из микросхемы с входным полевым транзистором. Частотная характеристика электретного микрофона сравнима с конденсаторным микрофоном и не требует большого напряжения смещения. Такие микрофоны миниатюрны и выпускаются в больших количествах для телефонов и магнитофонов.

Рис. 4. Схема устройства электретного микрофона:

1 — металлический корпус; 2 — электретная диафрагма (металлизированная снаружи; 3— воздушная камера; 4 — вывод; 5—перфорированный противоэлектрод, поддерживающий элекретную диафрагму.

Литература:

1. Блайт Э.Р., Блур Д. Электрические свойства полимеров. Физматлит – 2008 — 378 с.

Вас также может заинтересовать:

Электреты — это… Что такое Электреты?

Электретный микрофон

Современные представления об электретном эффекте основаны на двух типах зарядов в диэлектриках — гетеро- и гомозаряде. Гетерозаряд обусловлен электрической поляризацией в объёме диэлектриков вследствие ориентации диполей, ионной (или электронной) поляризации, а также смещением пространственного заряда. В этом случае отрицательный заряд электрета сосредотачивается у анода, положительный у катода, и возникающее электрическое поле противоположно по направлению полю поляризации.

Гомозаряд обусловлен инжекцией из электродов в диэлектрик носителей зарядов и локализацией их на центрах захвата или рекомбинации электронов и дырок (энергетических ловушках) различной природы. В этом случае у катода располагается связанный отрицательный, а у анода — связанный положительный заряд, и результирующее образующееся поле имеет то же направление, что и поляризующее. Вышеупомянутые ловушки представляют собой энергетические уровни захвата инжектированных носителей заряда в запрещенной зоне диэлектрика или полупроводника.

Существует несколько способов изготовления электретов. Большинство из них основано на том, что диэлектрик помещают в электрическое поле и подвергают дополнительному физическому воздействию, которое уменьшает время релаксации диполей либо ускоряет процесс миграции заряженных частиц. В зависимости от вида физического воздействия различают термо-, электро-, фото-, магнито-, радиоэлектреты и др. Электретное состояние может возникать и без приложения к диэлектрику внешнего электрического поля, например, от механической деформации (механоэлектреты), при заряжении диэлектрика в поле коронного разряда (короноэлектреты), при нагревании полимеров в контакте с электродами из разнородных металлов (металлополимерные электреты), при электризации трением (трибоэлектреты), под воздействием плазмы тлеющего разряда. Электретный эффект присущ сегнетоэлектрикам (сегнетоэлектреты), тканям живого организма (биоэлектреты). При фиксировании ориентированных в электрическом поле диполей и смещенных ионов химическим путем, например, вулканизацией, получают хемоэлектреты.

Важнейшей характеристикой электретов, определяемой экспериментально, является эффективная поверхностная плотность зарядов (σ_эф, Кл/м²), равная разности между гомо- и гетерозарядами. Другим параметром, характеризующим свойства электретов, является время релаксации зарядов τ_р (время уменьшения заряда в e раз). Временем жизни электрета τ_ж называется промежуток времени, в течение которого материал сохраняет электретные характеристики. У различных полимеров τж составляет 3 — 10 лет.

Применение

Существует несколько традиционных областей применения электретов. Они применяются в качестве элементов:

преобразователей механических, тепловых, акустических (микрофонах), оптических, радиационных и др. сигналов в электрические (в импульсы тока),
запоминающих устройств,
электродвигателей,
генераторов;
фильтров и мембран;
противокоррозионных конструкций;
узлов трения;
систем герметизации;
медицинских аппликаторов, антитромбогенных имплантатов

См. также

Литература

Губкин А. Н. Электреты. М.: Наука, 1978. 192 с.
Электреты / Под ред. Сесслера Г. — М.: Мир. — 1983. — 487 с.
Лущейкин Г. А. Полимерные электреты. — М.: Химия. — 1984. — 184 с.
Пинчук Л. С., Гольдаде В. А. Электретные материалы в машиностроении. — Гомель: Инфотрибо. — 1998. — 288 с.
Гороховатский Ю. А. Электретный эффект и его применение. // Соросовский образовательный журнал. — 1997. — № 8. — С. 92-98.
Рычков А. А., Бойцов В. Г. Электретный эффект в структурах поли-мер — металл: Монография. — СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена. — 2000. — 250 с.
Галиханов М. Ф. Короноэлектреты на основе полиэтиленовых композиционных материалов. // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2008. № 5(С. 20-29) — 6 (С. 40-45).

Электрет — это… Что такое Электрет?

Электретный микрофон

Современные представления об электретном эффекте основаны на двух типах зарядов в диэлектриках — гетеро- и гомозаряде. Гетерозаряд обусловлен электрической поляризацией в объеме диэлектриков вследствие ориентации диполей, ионной (или электронной) поляризации, а также смещением пространственного заряда. В этом случае отрицательный заряд электрета сосредотачивается у анода, положительный у катода, и возникающее электрическое поле противоположно по направлению полю поляризации.

Существует несколько способов изготовления электретов. Большинство из них основано на том, что диэлектрик помещают в электрическое поле и подвергают дополнительному физическому воздействию, которое уменьшает время релаксации диполей либо ускоряет процесс миграции заряженных частиц. В зависимости от вида физического воздействия различают термо-, электро-, фото-, магнито-, радиоэлектреты и др. Электретное состояние может возникать и без приложения к диэлектрику внешнего электрического поля, например, от механической деформации (механоэлектреты), при заряжении диэлектрика в поле коронного разряда (короноэлектреты), при нагревании полимеров в контакте с электродами из разнородных металлов (металлополимерные электреты), при электризации трением (трибоэлектреты), под воздействием плазмы тлеющего разряда. Электретный эффект присущ сегнетоэлектрикам (сегнетоэлектреты), тканям живого организма (биоэлектреты). При фиксировании ориентированных в электрическом поле диполей и смещенных ионов химическим путем, например, вулканизацией, получают хемоэлектреты.

Применение

Существует несколько традиционных областей применения электретов. Они применяются в качестве элементов:

преобразователей механических, тепловых, акустических (микрофонах), оптических, радиационных и др. сигналов в электрические (в импульсы тока),
запоминающих устройств,
электродвигателей,
генераторов;
фильтров и мембран;
противокоррозионных конструкций;
узлов трения;
систем герметизации;
медицинских аппликаторов, антитромбогенных имплантатов

См. также

Источники

Губкин А. Н. Электреты. М.: Наука, 1978. 192 с.
Электреты / Под ред. Сесслера Г. — М.: Мир. — 1983. — 487 с.
Лущейкин Г. А. Полимерные электреты. — М.: Химия. — 1984. — 184 с.
Пинчук Л. С., Гольдаде В. А. Электретные материалы в машиностроении. — Гомель: Инфотрибо. — 1998. — 288 с.
Гороховатский Ю. А. Электретный эффект и его применение. // Соросовский образовательный журнал. — 1997. — № 8. — С. 92-98.
Рычков А. А., Бойцов В. Г. Электретный эффект в структурах поли-мер — металл: Монография. — СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена. — 2000. — 250 с.
Галиханов М. Ф. Короноэлектреты на основе полиэтиленовых композиционных материалов. // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2008. № 5(С. 20-29) — 6 (С. 40-45).

Электреты — это… Что такое Электреты?

Диэлектрики, сохраняющие поляризованное состояние длительное время после снятия внешнего воздействия, вызвавшего поляризацию. Если вещество, молекулы которого обладают постоянными дипольными моментами, расплавить и поместить в сильное постоянное электрическое поле, то молекулы частично ориентируются по полю. При охлаждении расплава до затвердевания и выключения электрического поля в затвердевшем веществе поворот молекул затруднён, и они длительное время сохраняют ориентацию. Э., изготовленный таким способом, может оставаться в поляризованном состоянии в течение довольно длительного времени (от нескольких суток до многих лет). Первый такой Э. был изготовлен из воска японским физиком Ёгути в 1922. Остаточная поляризация диэлектрика может быть обусловлена также ориентацией «квазидиполей» в кристаллах (2 вакансии (См. Вакансия) противоположного знака, примесный атом и вакансия и т. п.), миграцией носителей заряда к электродам, а также инжекцией носителей заряда из электродов или межэлектродных промежутков в диэлектрик во время поляризации. Носители могут быть введены искусственно, например облучением диэлектрика электронным пучком. Поляризация Э. со временем уменьшается, что связано с релаксационными процессами (см. Релаксация), а также с перемещением носителей заряда во внутреннем поле Э. Практически все известные органические и неорганические диэлектрики могут быть переведены в электретное состояние. Стабильные Э. получены из восков и смол (канаубский воск, пчелиный воск, парафин и т. д.), из полимеров (См. Полимеры) (полиметилметакрилат, поливинилхлорид, поликарбонат, политетрафторэтилен и др.), неорганических поликристаллических диэлектриков (титанаты щёлочноземельных металлов, стеатит, фарфор и другие керамические диэлектрики), монокристаллических неорганических диэлектриков (например, галогениды щелочных металлов, корунд), стекол и ситаллов и др.

Стабильные Э. можно получить, нагревая диэлектрики до температуры, меньшей или равной температуре плавления, а затем охлаждая их в сильном электрическом поле (термоэлектреты), освещая в сильном электрическом поле (фотоэлектреты), радиоактивным облучением (радиоэлектреты), просто помещая в сильное электрическое поле (электроэлектреты), в магнитное поле (магнетоэлектреты), при застывании органических растворов в электрическом поле (криоэлектреты), с помощью механической деформации полимеров (механоэлектреты), путём трения (трибоэлектреты), помещая диэлектрик в поле коронного разряда (коронноэлектреты). Все Э. имеют стабильный поверхностный заряд Электреты10^-8к/см².

Э. применяются как источники постоянного электрического поля (электретные микрофоны и телефоны, вибродатчики, генераторы слабых переменных сигналов и т. п.), для создания электрического поля в Электрометрах, электростатического в Вольтметрах и др. Э. могут служить чувствительными элементами в устройствах дозиметрии, электрической памяти, как фокусирующие устройства в барометрах, гигрометрах и газовых фильтрах, пьезодатчиками и др. Фотоэлектреты применяются в электрофотографии.

Лит.: Губкин А. Н., Электреты, М., 1961; Фридкин В. М., Желудев И. С., Фотоэлектреты и электрофотографический процесс, М., 1960; Браун В., Диэлектрики, пер. с англ., М., 1961; Физический энциклопедический словарь, т. 5, М., 1966, с. 442; Лущейкин Г. А., Полимерные электреты, М., 1976.

А. Н. Губкин.

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРЕТОВ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ

В начале XX века был открыт электрический аналог постоянного магнита японским физиком М. Егучи. Впоследствии он был назван электретом (это название было предложено еще в 1896 г. английским физиком О. Хевисайдом). «Электрет – это кусок диэлектрика, обладающий квазипостоянным электрическим зарядом. Термин «квазипостоянный» означает, что постоянные времени, характеризующие разряд электрета, существенно превосходят интервалы времени, в течение которых изучается данный эффект» [4, с. 11].

Электреты обладают определяющим и отличительным от диэлектриков свойством – остаточной поляризацией (поляризация, сохраняющаяся длительное время после прекращения внешних воздействий). Остаточная поляризация включает в себя две составляющие: «внутреннюю» и «внешнюю» поляризации. «Внутренняя» остаточная поляризация образовывается либо посредством «вмерзания» дипольных молекул и слабо связанных ионов, либо посредством «вмерзания» сместившихся к электродам ионов и электронов. Явление «внешней» остаточной поляризации объясняется захватом инжектированных зарядов (рисунок 1).

Рисунок 1. Виды зарядов в электрете: 1 – ориентированные и ориентирующиеся диполи; 2 – смещенные заряды; 3 – инжектированные носители заряда

Согласно общепринятой двухзарядовой теории Гросса, электреты имеют два вида заряда: гетерозаряд (рисунок 2а) и гомозаряд (рисунок 2б). Механизм образования гетеро- и гомозарядов различен: «гомозаряд всегда образуется за счет «чужих» (внешних) ионов или электронов, а гетерозаряд – путем ориентации или смещения «собственных» (внутренних) диполей и ионов диэлектрика с последующим их «вмерзанием» [3, с. 49].

Рисунок 2. Гетерозаряженный (а) и гомозаряженный (б) электреты

Существует целый ряд способов получения электретов, которые совершенствуются сообразно развивающимся технологиям. Классификация электретов в зависимости от способа получения приведена в таблице 1.

Таблица 1.

Классификация электретов в зависимости от способа получения

Вид электрета	Описание способа получения
Термоэлектрет	Нагревание диэлектрика и его последующее охлаждение в электрическом поле
Фотоэлектрет	Освещение фотопроводящего диэлектрика в электрическом поле
Электроэлектрет	Воздействие на диэлектрик электрическим полем
Механоэлектрет	Воздействие посредством механических деформаций
Радиоэлектрет	Радиоактивное облучение диэлектрика в электрическом поле
Короноэлектрет	Заряжение диэлектрика в поле коронного заряда
Магнитоэлектрет	Нагревание диэлектрика в магнитном поле
Триболэлектрет	Наэлектризование диэлектрика трением
Криоэлектрет	Застывание органического вещества и смол в электрическом поле
Анодоэлектрет	Наблюдаются в тонкой пленке диэлектрика, образовавшегося на аноде при электролизе
Автофотоэлектрет	Воздействие света на диэлектрик и его внутреннего электрического поля
Сегнетоэлектрет	Проявление электретного эффекта у сегнетоэлектриков
Биоэлектрет	Спонтанная поляризация дипольных комплексов в тканях живого организма

Многообразию способов получения электретов соответствует широкий спектр материалов, из которых их получают. К электретным материалам относятся воски (пчелиный, карнаубский), смолы (канифоль, сосновая), полимеры (полихлорвинил) и керамические материалы (титанат кальция). Разнообразие электретных материалов объясняет преимущества и недостатки электретов, специфику областей их применимости и их особенности.

Практическое применение электретов в нефтегазовой отрасли открывает перспективы замены традиционного технологического оборудования на оборудование, в основе которого лежат электретные свойства. Одним из примеров практического применения электретных свойств являются электретные фильтры. «По виду электретного элемента различают два основных типа электретных фильтров – с конструкционными электретными деталями и с волокнистыми электретными материалами» [2, с. 46]. Примером первого типа является электретная форсунка. Электростатическое поле электретного элемента форсунки заряжает частицы воды, распрыскиваемой посредством форсунки, что значительно усиливает эффект пылеподавления в промышленных пылеуловителях.

Пример второго типа – это электретные фильтры из волокнистых электретных материалов, представляющих собой слой ультратонких волокон со стабильным электрическим зарядом. Действие таких фильтров основано на улавливании аэрозольных частиц с помощью создаваемого электретной составляющей фильтра электростатического поля и механических свойств волокна. Под воздействием сил электростатического поля заряженные частицы притягиваются к фильтрующему элементу, а на нейтральные частицы наводится заряд в электростатическом поле фильтрующего элемента. «Электрическое удерживание частиц весьма эффективно даже при недостаточной прочности механических удерживаний, т. е. диаметр частиц может быть значительно меньше диаметра ячеек фильтроэлемента»[2, с. 46].

Разработка фильтров из волокнистых электретных материалов принадлежит отечественному физику И. В. Петрянову. Впоследствии такие электретные фильтры получили название фильтров Петрянова. Фильтры Петрянова применяются для очистки воздуха и других газов от тонкодисперсных аэрозолей, что является функционально важным для нефтегазовой отрасли. Недостатками волокнистых электретных материалов фильтров Петрянова является их невысокая механическая прочность и стекание электрического заряда при наличии ионизирующего облучения и повышенной влажности.

Недостатки электретов в одной сфере их применения могут оказаться основополагающим преимуществом для применения в другой. Так свойство электретов изменять свой заряд пропорционально дозе облучения лежит в основе принципа действия электретных дозиметров. В дозиметрах электреты используются в электретных ионизационных камерах, предназначенных для измерения уровня ионизирующего излучения. Преимущество электретного дозиметра заключается в том, что «он способен накапливать дозу, получаемую в различные промежутки времени и хранить ее в течение многих лет» [1, с. 2].

Некоторые свойства электретов, которые сводятся к подавлению его электростатических свойств и, в зависимости от материала, к его разрушению, могут быть полезны для нефтегазовой промышленности. «Нагревание электрета, например, в аварийной ситуации, может дать ток термостимулированной деполяризации (ТСД), достаточный для питания радиопередатчика» [2, с. 46].

Одно из основных свойств электретов индуцировать переменный ток при колебании подвижного электрода является базовым принципом работы некоторых измерительных приборов – датчиков давления, вибрации и тахометрических датчиков. В качестве примера электретного датчика давления рассматривается изобретение В. М. Петрова. Электретный датчик давления Петрова представляет собой измерительное устройство в герметичном корпусе, в котором расположена мембрана с нанесенным на ее внутреннюю сторону электретом, противоэлектрод, смонтированный на электромеханическом преобразователе, генератор гармонических колебаний и резонансный усилитель. Действие этого датчика давления основано на возникновении переменного напряжения засчет изменения расстояния зазора между противоэлектродом и электретом. Вибрация противоэлектрода осуществляется генератором по гармоническому закону посредством электромеханического преобразователя. Выходное напряжение от датчика пропорционально действующему давлению. Электретный датчик давления Петрова способен измерять давление жидкостей и газов, а наличие выходного напряжения является важным фактором для применения таких датчиков в системах автоматизации.

В основе принципа действия электретного датчика вибрации лежит тот же эффект, что и в электретном датчике давления. Отличительной особенностью является то, что колебания, осуществляемые подвижным электродом, совершаются в результате вибрации какого-либо объекта (например, насосного агрегата), на который установлен датчик. Чем больше интенсивность вибрации объекта, тем больше величина выходного тока.

В электретном тахометрическом датчике переменное напряжение возникает в результате перемещения электрода в электростатическом поле электрета или периодического перемещения электрета относительно электрода. Скорость вращения может определяться или по величине выходного напряжения, или по частоте индуцируемых импульсов. Основное преимущество электретного тахометра и электретного датчика вибрации заключается в том, что им не требуются внешние источники питания.

Помимо измерительных приборов электреты применяются в электродвигателях. Существует большое количество моделей электродвигателей на электретах. В данной статье представлены модели электродвигателей наиболее подходящих для нефтегазовой отрасли.

В 1960 г. ФИАН была разработана модель электродвигателя, конструкция которого состоит из ротора с пластинками электретов, плоских конденсаторов и источника постоянного тока. «При вращении ротора пластинки электретов входят и выходят из зазора между обкладками конденсаторов» [5, с. 123]. Пластинки электретов проходят через обкладки конденсаторов посредством переключателя питания от источника постоянного тока конденсаторов. Поэтому вал двигателя с электретами поворачивается с частотой, которая задается переключателем и источником напряжения. Такой электродвигатель при небольших затратах энергии может достигать большой частоты вращения.

«В 1961 г. В. В. Манойлов и О. О. Мяздриков предложили конструкцию электретного синхронного двигателя, который питается трёхфазным переменным напряжением» [5, с. 123].

Существуют электродвигатели, работающие от атмосферного электричества. Автором такого электродвигателя является профессор О. Ефименко. Преимуществом таких электродвигателей является то, что они работают без батарей, недостатком – малая мощность.

Главное преимущество всех электродвигателей на электретах в том, что в их конструкции не содержится громоздких обмоток и сердечников из железа и меди, а это значительно облегчает массу конструкции электродвигателя.

В настоящее время электретный эффект активно используется в противокоррозионных покрытиях. Противокоррозионные термоэлектретные покрытия отслаиваются гораздо медленнее, чем неэлектретные, засчет контактирования подложки с поверхностью, имеющей отрицательный заряд. Такие противокоррозионные покрытия позволяют продлить срок службы технологического оборудования (емкостей, насосов, сепараторов и т. п.) нефтегазовой промышленности.

Таким образом, электреты являются высокотехнологичным, экономичным и перспективным решением для применения в нефтегазовой отрасли.

Список литературы:

Авторское свидетельство СССР №4946030/25, 26.04.91.Г. К. Новиков, М. С. Мецик, Л. Н. Новикова. Электретный дозиметр ионизирующего излучения // Авторское свидетельство СССР №1824604. 1993. Бюл. №24.
Галиханов М. Ф. Полимерные короноэлектреты: традиционные и новые технологии и области применения // Вестник Казанского технологического университета / М. Ф. Галиханов, Р. Я. Дебердеев // ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет». – 2010. – №4. – С. 45-57.
Губкин А. Н. Электреты: электретный эффект в твердых диэлектриках. – М.: Наука, 1978. – 192 с.
Электреты: проблемы прикладной физики / [под ред. Г. Селлера]. – пер. с англ. – М.: Мир, 1983. – 487 с.
Электрические машины специальных конструкций и принципов действия / [под ред. Ю. С. Коробкова, В. Д. Флора]. – Запорожье: Информационная система iElectro, 2011. – 254 с.

ЭЛЕКТРЕТЫ — это… Что такое ЭЛЕКТРЕТЫ?

диэлектрики, способные длительное время находиться в наэлектризованном состоянии после снятия внеш. воздействия, вызвавшего поляризацию, и образовывать вокруг себя электрич. поле; электрич. аналоги постоянных магнитов.
В качестве Э. используют монокристаллические (напр., галогениды щелочных металлов, корунд, сера) и поликристаллические (титанаты щел.-зем. металлов, фарфор, керамика, стекла, ситаллы и др.) диэлектрики, полимеры (гл. обр. гомо-и сополимеры тетрафторэтилена, поливинилиденфторид, поликарбонаты, полиметилметакрилат, полиамиды), а также воски (пчелиный и карнаубский) и прир. смолы.
В зависимости от способа поляризации Э. разделяют на группы. Термоэлектреты поляризуются при нагр. диэлектриков в электрич. поле до т-ры Т _п, при к-рой полярные участки могут ориентироваться достаточно быстро. При последующем охлаждении в электрич. поле до нек-рой т-ры Т _к подвижность полярных участков «замораживается» и они длит. время находятся в ориентированном состоянии с остаточной поляризацией Р ₀, величина к-рой прямо пропорциональна диэлектрич. проницаемости : где (Е _п — напряженность внеш. электрич. поля; и — диэлектрич. проницаемость соотв. при т-рах Т _п и Т _К).
В полях высокой напряженности происходит также инжекция носителей зарядов (электронов, дырок), к-рые образуют поверхностные заряды со знаком, противоположным знаку поляризационного заряда. Эффективная поверхностная плотность зарядов составляет где — инжектированный заряд.
Поляризацию проводят также приложением электрич. поля высокой напряженности (электроэлектреты), в коронном разряде (короноэлектреты), облучением пучком заряженных частиц (радиационные электреты), совместным воздействием электрич. поля и электромагн. излучения, напр. света (фотоэлектреты). В отсутствие внеш. электрич. поля Э. получают при мех. деформации полимеров (механоэлектреты), при трении (трибоэлектреты), хим. сшивке и полимеризации (хемоэлектреты).
Деполяризация Э. при нагр. сопровождается возникновением токов термостимулированной деполяризации (ТСД), измерение к-рых позволяет с высокой чувствительностью определять т-ры и характеристики релаксационных явлений диполей (см. Термодеполяризационный анализ).
Макс. величина и ее неизменность во времени определяется не только хим. строением и электропроводностью диэлектрика, но и св-вами окружающей среды, напр. пробивной прочностью воздуха, наличием вблизи заряженной пов-сти противоэлектрода, на к-ром индуцируется противоположный заряд.
Кроме обычных Э., обладающих противоположными знаками зарядов с разных сторон (биполярные Э.), известны т. наз. моноэлектреты, представляющие собой, напр., полимерные пленки (пластины) с зарядом одного знака с обеих сторон. Для таких диэлектрич. пленок толщиной 10 мкм при комнатной т-ре = 5 х 10^-4 Кл/м ²; стабильность зарядов Э. во времени достигает десятков лет.
Э. применяются в качестве источников постоянного электрич. поля в электретных микрофонах и телефонах, виброметрах, датчиках давления, фильтрах, дозиметрах, устройствах электрич. памяти; фотоэлектреты используются в электрофотографии (см. Репрография).