[論文レビュー] Two components of depolarization currents in PVDF caused by relaxation of homo- and heterocharge

С. Н. Федосов, А. Ф. Бутенко+1 more|arXiv (Cornell University)|May 1, 2007

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ひとこと要約

本研究は、コロナ極化処理を施したPVDFの熱刺激脱極化電流（TSDC）に二つの異なる成分が存在することを特定した。一つは同種電荷緩和に起因し、もう一つは異種電荷緩和に起因する。異なる脱極化および等温モードを適用することで、活性化エネルギー、特徴的な周波数、時間定数を抽出し、脱極化電流の二重起源を明らかにするとともに、フェロエレクトリック高分子における電荷ダイナミクスの理解を深めた。

ABSTRACT

The procedure has been developed for extracting homocharge and heterocharge currents from experimentally measured thermally stimulated depolarization currents of corona poled PVDF. Application of different depolarization modes supplemented with the isothermal currents allowed to obtain such parameters of relaxation processes, as activation energies, characteristic frequencies and time constants.

研究の動機と目的

• コロナ極化処理を施したPVDFにおける同種電荷および異種電荷が脱極化電流に与える寄与を区別し、定量すること。
• 各電荷成分の緩和パラメータ（活性化エネルギー、特徴的な周波数、時間定数）を特定すること。
• ポリビニリデンフラーフィド（PVDF）における電荷輸送および緩和メカニズムの理解を向上させること。

提案手法

• 同種および異種電荷成分からの寄与を分離するために、複数の脱極化モードを適用した。
• 制御された温度上昇条件下で熱刺激脱極化電流（TSDC）を測定した。
• TSDCデータの補完およびパラメータ解像度の向上を目的として、等温電流測定を組み込んだ。
• 電流の減衰キネティクスの解析を通じて、TSDCデータから活性化エネルギーおよび時間定数を抽出した。
• 異なる熱的および時間的依存性を示す二つの緩和プロセスに、合計電流を分離した。
• 熱刺激電流の標準モデルを用いて実験データにフィットさせ、緩和パラメータを抽出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コロナ極化処理を施したPVDFにおける合計脱極化電流に、同種電荷および異種電荷がそれぞれどのように寄与しているか。
• RQ2 同種電荷および異種電荷の緩和における活性化エネルギーおよび時間定数は、どのように異なるか。
• RQ3 等温電流測定は、TSDC解析における緩和パラメータの解像度を向上させることができるか。
• RQ4 各緩和プロセスにおける特徴的な周波数は何か。
• RQ5 異なる脱極化プロトコルは、二つの電流成分の分離にどのように影響するか。

主な発見

• 脱極化電流に二つの明確に異なる緩和プロセスが同定された。一つは同種電荷に起因し、もう一つは異種電荷に起因する。
• 同種電荷成分の活性化エネルギーは、異種電荷成分よりも高いことが明らかになった。
• 両成分の特徴的な周波数および時間定数が、実験データから成功裏に抽出された。
• 等温電流測定が、二つの電流成分の分離に対する重要な妥当性の裏付けを提供した。
• 二成分モデルは、単一成分モデルと比較して、実験的TSDC曲線のフィットを著しく改善した。
• 結果から、同種および異種電荷の両方がPVDFにおける脱極化電流に顕著に寄与しており、それぞれ異なる熱的および運動的挙動を示すことが確認された。