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這一期的電聲基礎(chǔ)知識我們講一講駐極體的概念。 駐極體是一種能長期保持極化狀態(tài)的電介質(zhì),如果同“永磁體”相類比,駐極體就是“永電體”。
早在1890年前后,英國物理學(xué)家亥維賽為了描述長期磁鐵的電類似物而創(chuàng)造了“Electret”(駐極體)一詞。
1920年,日本的江口元太郎在研究油類、蠟類物質(zhì)的電傳導(dǎo)機(jī)理時,將巴西棕櫚蠟(伽羅吧蠟)和松香等量混合,熔融后施加高壓靜電場,并在高壓作用下讓其冷卻固化。撤出電壓之后,發(fā)現(xiàn)跟電極相接的兩個面上有正負(fù)電荷存在,并且在物質(zhì)的內(nèi)部也能觀察到它們。還發(fā)現(xiàn):起初,跟正電極相接的面帶負(fù)電荷,跟負(fù)電極相接的面帶正電荷,格曼特認(rèn)為這有異種電荷的含義,取名為異號電荷,但是數(shù)日之后會反號,跟正電極相接的面帶正電荷,跟負(fù)電極相接的面帶負(fù)正電荷,有同種電荷的含義,故稱為同號電荷。當(dāng)把它放在空氣中受X光照射以及用水或其他有機(jī)溶劑洗滌時,他的表面電荷會一度消失。當(dāng)把兩面短路并使之干燥,電荷還會恢復(fù),并半長期的將電荷保存下來,再者,如果沿垂直于外加電場方向的面將它分為兩半,切口處會出現(xiàn)等量的同號電荷,正好跟人們的將長期磁體的薄片分割成兩半后出現(xiàn)的結(jié)果同樣,這樣亥維賽才將這種跟磁鐵相類似的、能保持外部長期電極化的物質(zhì)取名為駐極體。
在工業(yè)上用來制作薄膜駐極體電容傳聲器所用的駐極體大多數(shù)是用高分子薄膜制備而成,為此,本文先從制備方法的角度介紹他的計劃方法。
一開始把薄膜放在高溫爐中加熱到熔點(diǎn)附近溫度,然后施加高壓直流電場,保溫一段時間,然后在不撤去電場的情況下慢慢冷卻到室溫,撤去電場就制成了熱駐極體。一般此過程大約需要幾十分鐘至幾小時。
這個方法實(shí)際上是最原始的方法,但因?yàn)樗柙O(shè)備少,操作簡單,所以至今在國外包括日本往往還采用此法,當(dāng)然這個方法也有缺點(diǎn),花費(fèi)的工時比較多。用上述方法極化出來的駐極體,一般上表面帶負(fù)電荷,下表面帶正電荷,因?yàn)橄噜忞姌O的符號相反,定義他們?yōu)椤爱愄栯姾伞?。?shí)驗(yàn)表明,異號電荷的壽命(衰變時間)較短。如一片0.025mm的滌綸薄膜駐極體幾個月以后,表面電荷密度就衰減了2/3。
如果將上述方法加以改進(jìn),在駐極體材料的上下端插入介質(zhì),插入介質(zhì)的片數(shù),厚度,材料視駐極體的材料而定,一般為酚醛層壓玻璃布膠板,云母片,玻璃板等。在插入介質(zhì)后制備成的熱駐極體,往往帶有相鄰電荷符號相同的電荷,定義為“同號電荷”。實(shí)驗(yàn)表明:同號電荷的壽命較長,例如同樣上述材料制成的駐極體的壽命可達(dá)一年以上。
另外,今年來薄膜駐極體在制備方法上有了不少改進(jìn),據(jù)報道有“電暈極化法”和“電子束轟擊法”,前者制備成的駐極體為電駐極體,后者為放射性駐極體。
1.電暈極化法
電暈極化法是不采用加熱條件,僅在室溫下加強(qiáng)電場使之極化。為了使場強(qiáng)集中,其中一個方法是把電極做成刀刃形,在強(qiáng)電場作用下,空氣明顯被擊穿,出現(xiàn)電暈放電現(xiàn)象,所以稱為電暈極化法。此方法的優(yōu)點(diǎn)是效率比較高,許多無機(jī)材料也能適用,極化電荷的穩(wěn)定性也較好。
2.電子束轟擊法
電子束轟擊法是使薄膜受電子轟擊而帶電,為防止電子擊穿破話極化效果,還可以加上環(huán)氧玻璃板等絕緣材料。用這個方法制備的駐極體壽命達(dá)到相當(dāng)于或高于熱駐極體的壽命。
目前在工廠使用較多的方法是帶網(wǎng)的負(fù)高壓電暈極化,這個方法是從負(fù)高壓電暈極化而發(fā)展起來的。