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| 电极结构与试样厚度对聚酰亚胺薄膜光刺激放电电流的影响
摘要
聚合物材料以其优异的物理、化学以及电学性能在航空航天、电子通信、高压绝缘和日常生活中得到了广泛的应用。近年来，随着社会经济发展、电力设备电压等级的不断提升，对于绝缘材料的绝缘等级要求也逐渐提高。然而，聚合物内空间电荷的积累问题一直困扰着国内外众多相关科研工作者，空间电荷的积聚一定程度上制约着高压及超高压输电技术的发展。聚合物中空间电荷的积累会导致材料内部电场发生畸变，从而诱发材料绝缘击穿、加速材料老化进程，这将大大降低聚合物材料的绝缘等级和使用寿命。研究陷阱能级深度、密度分布和捕获截面等信息对进一步分析空间电荷在聚合物电介质内的注入和输运特性具有非常重要意义。 光刺激放电电流法（全称PSD）是研究聚合物材料中陷阱结构及空间电荷存贮和输运特性的有效工具。相比于热刺激放电电流法（全称TSD），PSD法是一种等温、无损的测量方法，可实现对透明或半透明介质中较深陷阱能级的测量。本文较详细的介绍了PSD实验系统，分析了在测试过程中电极结构和试样厚度对PSD电流的影响。 本文以4种厚度（50μm、25μm、12.5μm和8μm）的聚酰亚胺（Polyimide,PI）薄膜为实验材料，主要从电极结构和薄膜厚度两个方面进行光刺激放电电流法干扰因素分析。通过对实验结果分析可知，对光照范围内存在边缘结构的电极（梳状、筛状）进行有偏置PSD实验后，其电流谱在270nm处出现金属光电效应电流峰，该峰幅值与边缘长度成正相关性，同时边缘越长其峰位向短波方向偏移。PI薄膜厚度决定光在试样内的光强分布，对于有偏置PSD实验，试样越薄其光电导电流峰向长波方向偏 移。在无偏置PSD实验中，较薄样品（8μm）其实验结果与其他样品存在明显差异，8μm厚PI试样无偏置PSD实验中受到背光侧电极厚度与试样内光照深度共同影响，其电流谱出现电流负峰现象。 关键词：光刺激放电电流法，聚酰亚胺，陷阱能级，光电效应 目录 第1章 引言 1 1.1 聚合物及空间电荷介绍 1 1.2 聚酰亚胺薄膜特性与国内外研究现状 3 1.3 空间电荷陷阱能级的测量方法和研究现状 5 1.3.1 等温衰减电流法 6 1.3.2 热刺激放电电流法 7 1.3.3 光刺激放电电流法 8 1.4 本文研究重点 9 第2章 光刺激放电电流法测量原理与实验装置 11 2.1 样品介绍和制备 11 2.2 实验测试系统 12 2.3 实验过程与方法 13 第3章 光刺激放电电流法中干扰因素 15 3.1 光刺激放电电流成因分析 15 3.1.1 空间电荷的入陷和脱陷 15 3.1.2 聚合物光电导效应 17 3.1.2 金属电极边缘光电效应 18 3.3 PSD法中样品结构差异性分析 19 3.2.1 无偏置电场下PSD电流谱 20 3.2.2 有偏置电场下PSD电流谱 21 3.3 光电效应对PSD法的影响 22 3.3.1 圆面电极光刺激放电电流谱 22 3.3.2 梳状电极光刺激放电电流谱 23 3.3.3 筛状电极光刺激放电电流谱 24 3.4 电极厚度对光刺激放电电流法的影响 25 3.4.1 前电极厚度对PSD电流谱分析 25 3.4.2 背电极厚度对PSD电流谱影响 26 3.5 本章小结 26 第4章 聚酰亚胺薄膜光刺激放电电流谱研究 28 4.1 探究光电效应对PSD实验影响 29 4.1.1 圆面电极PSD电流谱分析 29 4.1.2探究270nm处电流峰形成机理 29 4.2 探究电极厚度在PSD实验中影响 32 4.2.1聚酰亚胺薄膜透射率研究 32 4.2.2探究8μm PI薄膜无偏置PSD电流谱负峰形成机理 33 4.3 本章小结 36 第5章 结论与展望 37 5.1 结论 37 5.2 展望 38 参考文献 40 |
