ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Контактный механизм электризации из "Защита полимеров от статического электричества" Большое значение в разработке теории контактной электризации имело объяснение причины возникновения разности потенциалов на проводниках при их контакте, так называемой контактной разности потенциалов или потенциалов Вольта. На поверхности металла существует потенциальный барьер, благодаря которому электроны удерживаются в металле даже тогда, когда последний находится в вакууме [76]. Существующая же внутренняя разность потенциалов при контакте различных металлов определяется разностью работ выхода электронов контактирующих металлов. [c.20] В диэлектриках электроны занимают все энергетические уровни нижней зоны, которая отделена запрещенной зоной от зоны проводимости. У диэлектриков ширина запрещенной зоны (3,2 ч- 4,8) X X 10 Дж (20—30 эВ), поэтому их проводимость мала. При выбивании электронов из валентной (заполненной) зоны в ней появляются незанятые энергетические уровни, которые принято называть дырками [4, с. 24]. При наличии дырок свободные энергетические уровни могут быть заняты слабосвязанными электронами. Дырка исчезает в одном, но появляется в другом месте. Если тело находится в электрическом поле, то движение дырок и электронов становится упорядоченным. Вводя понятие дырка, приписывают ей положительный заряд. Итак, наличием образующихся при внешнем воздействии дырок в заполненной зоне и электронов в зоне проводимости объясняют движение зарядов в диэлектриках. [c.22] Механизм электропроводности полупроводников и диэлектриков качественно одинаков. Разница заключается в ширине запрещенной зоны — у полупроводников она меньше, в пределах (1,6 ч- 2,4) X X 10-20 Дж (0,1-1,5 Эв) [2, с. 18]. [c.22] В полупроводниках за счет, например, дефектов структуры появляются дополнительные энергетические уровни внутри запрещенной зоны (см. диаграмму). В полупроводниках и-типа эти особые уровни, называемые донорными, расположены как раз над валентной зоной и обычно на них находятся электроны. В полупроводниках -типа уровни (названные акцепторными) тоже расположены над валентной зоной и обычно свободны. В первом случае носителями зарядов являются электроны, во втором — в валентной зоне перемещаются дырки, появлйющиеся вследствие того, что зону покидают электроны, которые переходят на акцепторный уровень. Однако у идеальных диэлектриков внутри запрещенной зоны существуют дополнительные уровни, способные захватывать электроны 179]. Следовательно между диэлектриками и полупроводниками нет резких различий. [c.22] Приведенные выше представления теории энергетических зон позволяют понять образование разности потенциалов при контакте двух тел. [c.22] Подобный двойной электрический слой может образоваться и при контакте металла с диэлектриком или полупроводником, а также при соприкосновении последних. В этих случаях образование двойного электрического слоя происходит в результате перехода электронов между металлом и дополнительными энергетическими уровнями полупроводника или диэлектрика. Величина потенциала и направление токов будут определяться видом, энергией и положением дополнительных энергетических уровней по отношению к уровню Ферми металла. [c.23] Толщина двойных электрических слоев, образующихся при контакте твердых тел из проводящих, полупроводящих и диэлектрических материалов, оценивается так же, как толщина слоя Гюи. В металлах она составляет несколько десятых долей нанометра [73 81, с. 203], в полупроводниках несколько десятков нанометров [72] и в диэлектриках несколько сотен нанометров [52, с. 33]. При этом максимальная плотность зарядов при контактном механизме заряжения определяется толщиной двойного электрического слоя и контактной разностью потенциалов и может достигать примерно 0,1 Кл/м2 [52, с. 34]. [c.24] Учитывая возможность наличия на поверхности твердых тел поверхностного потенциала [35, с. 41], обусловленного действующими на поверхности молекулярными силами, можно оценить плотность заряда при контакте и разделении диэлектриков [1, 50, 82]. [c.24] С повышением давления можно изменить знак заряда, причем при малых давлениях вероятен переход электронов, в то время как при больших давлениях создаются условия для обмена зарядами путем переходов ионов [1, с. 300]. При электризации трением, особенно при высоких давлениях, вследствие сильного разогрева контактирующих поверхностей электрона и ионы могут переходить с поверхности на поверхность и на большие расстояния [86], чем указывал Харпер [87] для электронов (2,5 нм) и ионов (десятые доли нанометра) при нормальной температуре. Фрикционный нагрев может играть двоякую роль в электризации тел трением. С одной стороны, он увеличивает интенсивность электризации за счет повышения активности носителей заряда, а с другой, снижает ее за счет повышения общей, и в том числе поверхностной, проводимости материала [50, с. 349]. [c.24] При исследовании электризации триацетатных нитей при трении [90] было обнаружено, что величина заряда пропорциональна коэффициенту трения. Для пары найлон — полиэтилен также существует пропорциональная зависимость между величиной заряда и корнем квадратным из нормальной составляющей силы трения. Вероятно, в общем случае для уменьшения электризации при трении эффективным является снижение коэффициента трения при прочих равных ус.иовиях. [c.25] Заряжение однородных тел при трении обусловлено асимметричностью процесса трения [51, с. 37]. Электризация при трении тел повышается с увеличением их удельной поверхности так, мелкие частицы электризуются сильнее крупных, а пленки — сильнее пластин. [c.25] Исследование электроадгезионных явлений при нарушении контакта полимеров [93] показало, что при отрыве полимеров во всех случаях величина остаточного заряда на отрываемых поверхностях растет с увеличением скорости отрыва. Всегда заряжается отрицательно тот полимер, к которому приложено усилие отрыва (который деформируется при отрыве). При отрыве полимеров от металла последний заряжается положительно. [c.25] Заряд на поверхности полимера, возникающий при трении, зависит от соотношения между скоростью трения и величиной удельного поверхностного электрического сопротивления [94]. Обычно при малых плотностях заряда его значение пропорционально произведению скорости переработки материала на удельное электрическое сопротивление. При величине этого сопротивления 5-10 Ом-м/с и выше заряд определяется в верхнем пределе электрической прочностью воздуха. [c.25] Вернуться к основной статье