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不同厚度對(duì)擊穿電壓實(shí)驗(yàn)的影響
閱讀：1013發(fā)布時(shí)間：2023-5-16
不同厚度和不同極化/去極化程度對(duì)擊穿電壓特性的影響：
為了分析極化/去極化程度對(duì)聚丙烯薄膜擊穿特性的影響，對(duì)不同極化/去極化時(shí)間(Oh, 2h, 6h, 10h)的厚度為100 um的試樣在電極間距為4 mm的針一棒電極下進(jìn)行擊穿實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)韋伯分布處理后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，隨著極化/去極化時(shí)間的增加，擊穿電壓呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，由0h的13.86 kV下降到10h的11.75kV。由于極化/去極化過(guò)程中的電荷注入，聚丙烯薄膜的晶體結(jié)構(gòu)被破壞和減小，極化/去極化對(duì)非結(jié)晶區(qū)的影響更為顯著，從而導(dǎo)致電場(chǎng)強(qiáng)度的降低。此外，在聚合物表面上產(chǎn)生的電荷提高了電極連接處的電場(chǎng)強(qiáng)度，并導(dǎo)致擊穿電壓的下降。
為了分析試樣厚度對(duì)聚丙烯薄膜擊穿特性的影響，對(duì)不同極化/去極化時(shí)間的厚度分別為20um和60 um的試樣在電極間距為4 mm的針一棒電極下進(jìn)行擊穿實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)韋伯分布處理后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，同樣可以看出隨著極化/去極化時(shí)間的增加，擊穿電壓呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)?？梢?jiàn)聚丙烯絕緣的極化/去極化程度與擊穿電壓有一定的線性關(guān)系，大分子發(fā)生斷鍵，產(chǎn)生大量的小分子，使非結(jié)晶區(qū)更加不均勻，導(dǎo)致其承受的電場(chǎng)相對(duì)較大而更容易發(fā)生擊穿。隨著極化/去極化程度的加劇，這種效應(yīng)更加明顯。另外，隨著試樣厚度的增加，擊穿電壓也隨之增加。這主要是因?yàn)樵隗w積效應(yīng)的作用下，接觸點(diǎn)處的電場(chǎng)應(yīng)力隨著勢(shì)壘厚度的增加而減小，對(duì)于更厚的固體勢(shì)壘這意味著需要更高的外加電壓來(lái)提高電離過(guò)程，以便提高接觸點(diǎn)處的電場(chǎng)應(yīng)力以達(dá)到擊穿條件。本文也對(duì)60um和100um厚度的試樣在不同極化/去極化時(shí)間的擊穿電流進(jìn)行了處理分析，如圖3所示，隨著極化/去極化時(shí)間的增加，擊穿電流呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這歸因于極化/去極化程度的加劇，使聚丙烯薄膜擊穿變得更加容易。同時(shí)可看出，隨著試樣厚度的增加，擊穿電流也呈現(xiàn)出增長(zhǎng)的趨熱。
利用canny算子的圖像提取方法對(duì)不同厚度的聚丙烯薄膜在不同極化/去極化時(shí)間的擊穿孔進(jìn)行計(jì)算分析，如圖4所示，隨著極化/去極化時(shí)間的增加，擊穿孔面積表現(xiàn)出顯著的下降趨勢(shì)。再利用灰度共生矩陣的圖像提取方法對(duì)聚丙烯薄膜在不同極化/去極化時(shí)間的擊穿孔和碳化區(qū)進(jìn)行計(jì)算分析，從圖5同樣可以看出角二階矩陣隨著極化/去極化時(shí)間的增加而下降，且對(duì)于越薄的薄膜下降趨勢(shì)更加迅速。這主要是因?yàn)榫郾┍∧ぴ跇O化/去極化作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和結(jié)構(gòu)變化，形成低密度區(qū)和小分子。因此，導(dǎo)電電子和離子在薄膜的導(dǎo)電能級(jí)中明顯增加。在直流電場(chǎng)的作用下，導(dǎo)電電子可以獲得足夠的能量來(lái)破壞晶體結(jié)構(gòu)，從而容易發(fā)生擊穿。由于介質(zhì)擊穿和介電性能取決于薄膜的結(jié)構(gòu)，隨著極化/去極化時(shí)間的增加，晶體結(jié)構(gòu)的破壞程度增強(qiáng)，所需的擊穿能量減少，同時(shí)擊穿電流的減小使得焦耳熱對(duì)薄膜擊穿形貌的影響變小，從而導(dǎo)致?lián)舸┛酌娣e和角二階矩陣的減小。另外，隨著試樣厚度的增加，擊穿孔面積和角二階矩陣均呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。雖然越厚的薄膜由于有著更高的擊穿電壓和擊穿電流而產(chǎn)生更多的能量，但是更大的體積可以很好地阻止熱量的傳導(dǎo)和擴(kuò)散，從而保護(hù)薄膜的結(jié)構(gòu)。
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