TSC热激励去极化电流测量系统
静止无功补偿器TCR+TSC设计研究
感谢您的观看
汇报人：XX
控制系统软件设计
控制系统软件设计概述 控制系统软件设计流程 控制系统软件设计关键技术 控制系统软件设计实例分析
TCR+TSC的仿真 与实验验证
仿真模型的建立
仿真模型的构建方 法
仿真模型的参数设 置
仿真模型的验证过 程
仿真模型的结果分 析
仿真结果分析
仿真模型的建立 与验证
TCR+TSC控制策 略的仿真结果
控制系统的组成
控制系统硬件：包括主控制器、驱动电路、晶闸管阀组等 控制系统软件：用于实现控制算法和逻辑控制 通讯系统：实现控制系统与上级控制系统的数据交换和信息交互 保护系统：对系统进行过流、过压、欠压等保护
控制策略的选取
选取依据：系统稳定性、动态响应速度、无功补偿效果等 常见控制策略：PID控制、模糊控制、神经网络控制等 控制策略实现方式：通过控制器对TCR和TSC进行实时控制 控制策略的优化：根据实际运行情况对控制策略进行调整和优化
TCR+TSC的设计 原理
TCR的设计原理
静止无功补偿器 TCR+TSC的组成
TCR的工作原理
TCR的控制策略
TCR的应用场景
TSC的设计原理
TSC采用基于 磁通补偿原理 的无功补偿技
术
TSC通过控制 晶闸管的导通 角来调节无功 电流的大小和
方向
TSC具有响应 速度快、调节 范围广、运行
稳定等优点
实验结果与仿真 结果的对比分析
性能评估与优化 建议
实验验证方案
实验目的：验证 TCR+TSC在静 止无功补偿器中 的性能表现
实验设备： TCR+TSC装置、 可编程电源、测 量仪表等
高分子物理考研习题整理09 聚合物的电学性能汇编
1 聚合物的极化与介电性能1.1 介电极化①什么是高分子的极化？高分子在外电场中的极化有哪几种形式？各有什么特点？极化的机理是什么？非极性分子和极性分子在外电场作用下极化有什么不同？绝大多数聚合物是优良的电绝缘体，有高的电阻率、低介电损耗、高的耐高频性和高的击穿强度。
但在外电场作用下，或多或少会引起价电子或原子的相对位移，造成电荷的重新分布，称为极化。
高分子在外电场中的极化有电子极化 、原子极化和取向极化三种形式：（1）电子极化是分子中各原子的价电子云在外电场作用下，向正极方向偏移，发生了电子相对于分子骨架的移动，使分子的正、负电荷中心的位置发生变化引起的。
电子极化弱，但极快。
（2）原子极化是分子骨架在外电场作用下发生变形造成的。
原子极化比电子极化更弱，速度比电子极化慢。
（3）取向极化（或称偶极极化）是极性分子骨架在外电场作用下沿电场的方向排列，产生分子的取向。
取向极化较慢，但对总极化的贡献是很大的。
前两种产生的偶极矩为诱导偶极矩，后一种为永久偶极矩。
非极性分子只有电子极化和原子极化，而极性分子除电子极化和原子极化外还有取向极化。
②什么是分子极化率？极化偶极矩（μ）的大小与外电场强度（E ）有关，比例系数α称为分子极化率，μ=αE 。
③如何区分极性聚合物和非极性聚合物？列举至少3个极性聚合物与3个非极性聚合物 根据聚合物中各种基团的有效偶极矩μ或介电常数ε，可以把聚合物按极性大小分为四类：非极性（μ=0，ε=2.0~2.3），如PE,PP ,PTFE,PB ；弱极性（0＜μ≤0.5deb ，ε=2.3~3.0），如PS,NR ；极性（0.5deb ＜μ≤0.7deb ，ε=3.0~4.0），如PVC,PA,PVAc,PMMA ；强极性（μ＞0.7deb ，ε=4.0~7.0），如PVA,PET,PAN,酚醛树脂,氨基树脂。
注意：聚合物的有效偶极矩与所带基团的偶极矩并不完全一致，结构对称性会导致偶极矩部分或全部抵消。
基于热刺激电流测量理论
基于热刺激电流测量理论的研究摘要：电荷存贮和输运过程的研究一直是电介质材料领域的一个热点，热刺激电流（tsc）技术是进行这一研究最常用也是最有效的工具之一，本文介绍了传统tsc 的基本原理和理论，讨论了这些理论所对应的物理模型、分析方法，在了解试验系统各个系统的组成及功能的基础上，设计搭建了此热刺激电流测量实验平台，同时阐述了进行热刺激电流测量实验的基本程序流程，针对热刺激电流测量研究的现状及存在的问题对本课题的研究做了展望。
关键字：热刺激电流；活化能；松弛时间；极化；陷阱能1 引言热刺激理论是在介质物理的基础上发展起来的，研究这一理论的方法即热刺激法比较简单实用而且又能较准确地测量出某些物质（如电介质、绝缘材料、半导体、驻极体等）的微观参数，热刺激法是一面对材料升温一面进行测量，即非等温测量。
由于材料（例如介电材料）中的荷电粒子的微观参数（如活化能h、松弛时间τ等）不同，用热刺激法就很容易将材料中的各种不同h或τ的荷电粒子分离开来，从而求出各自的参数。
因为热刺激电流与材料的这些参数（如h与τ）密切相关，故它是一种研究介电材料、绝缘材料、半导体材料等的有效手段[1][2]。
tsc是指当样品受到电场极化后，去掉电场，热激时，样品从极化态转变到平衡态的过程中，在外电路中得到的电流，称为热激退极化电流（thermally stimulateddepolarization current-tsdc或tsd）。
当然，热激电流也可以是热激极化电流，即样品在同时加电场及线性升温时，从平衡态转变到极化态过程中的电流[3][4]。
2热刺激电流的基本理论热刺激电流法(tsc:thermally stimulated current)是在研究介质物理的基础上建立并发展起来的，可用于研究介质的微观分子运动。
通过tsc曲线可以比较方便地研究介质材料中陷阱、偶极子和可动离子的性质，准确地测量介质材料的活化能e(或陷阱深度)、以及弛豫时间:等微观参数，近年来得到了广泛的重视。
热刺激电流(TSC)汇报
TSC液体式样容器
TSC数据处理方法
陷阱电荷量Q=
t1
T1
I (t)dt I (T )d(T )
t0
T0
陷阱深度 E 2.47(Tmax 273)2 k / DeltT / eV
Tmax为峰值温度，k为玻尔兹曼常数，DeltT为半峰值宽度
TSC数据处理程序的应用
• 1.将TSC的数据文件和TSC Nhomakorabea理的matlab文件放入同一个 文件夹
TSC数据处理程序的应用
2将处理程序的文件名称放入紫色字所在区域
3.在此处填入形成峰的起始点和终止点的温度值
TSC数据处理程序的应用
4.弹出的 Command Window窗口中得到的陷阱电荷量和陷阱能级
TSC数据处理程序的应用
5.运行程序后将出现averge22、poly22、xiaobo22三个txt文档， 是用三种不同算法得出的处理后的数据，我们使用average22
TSC系统及操作
TSC测试实验步骤为: 1.闭合S1使试品短路,升温至极化温度（40℃）保持该温度。 2.断 S1,闭合S2,对被测油样进行一段时间的持续电压压（油 0.4kV,油浸纸3.5kV）; 3.注入液氮使被测油样温度迅速下降至-20℃,并保持2min 4.断S2,闭合S1用以消除自由空间电荷 5.断开S1,闭合S3,匀速温升（2℃/min）,将静电计连入实验电 路以己录电流和温度数据，直到温度到达80℃。
热刺激电流（TSC）汇报
TSDC简介
TSC 是热激励过程（TSP）的一种，当被测样品在某一温度 T1下被外电场极化一段时间后，保持该电场，迅速将样品冷却 至温度 T2（T2<T1）撤去极化电场，使样品线性升温，测量外 电路的短路电流。该电流与温度的曲线即为热刺激电流的曲 线。由 TSC 曲线，根据有关算法可以确定出陷阱参数。
热刺激电流测量装置及其用于介质阻挡均匀放电的研究_王新新
———————
基金资助项目：国家自然科学基金(51107067；51077082)；中国博士后科学基金(20110490353)；电力系统国家重点实验室自主研究课题(SKLD09M22； SKLD11M05)。 Project supported by National Natural Science Foundation of China (51107067，51077082), China Postdoctoral Science Foundation (20110490353), Research Fund from the State Key Laboratory of Power System (SKLD09M22, SKLD11M05).
以上只是一些关于大气压氮气和空气 “反常熄 灭”原因的猜测，它们还需要直接实验结果的支持。 而热刺激电流法(thermally stimulated current，TSC) 是用来测量介质材料表面微观参数（如陷阱能级、 电荷量等）的重要方法[15]，近年来已得到越来越广 泛的应用[16-17]。本文研制了 1 套 TSC 测量装置，并 利用该装置测量了陶瓷和石英玻璃 2 种常用阻挡介 质表面“浅位阱”的能级 E 和电荷量 Q；结合 2 种材 料作为阻挡介质时的实际 DBD 放电情况，探究阻 挡介质材料表面“浅位阱”特性及其对大气压均匀 DBD 的影响，以期揭示“反常熄灭”现象的原因。
1 实验装置和方法
1.1 试样 本文用于 TSC 测量和 DBD 实验的陶瓷和石英
图 1 TSC 实验布置图 Fig.1 Experimental arrangement for TSC measuring
至于放电为什么在气隙电压上升过程中熄灭， 俄罗斯 Golubovskii 等从理论上指出：阻挡介质表面 存在“浅位阱”，前 1 个电流脉冲期间产生的电子被 这些“浅位阱”捕获，成为入陷电子。在后 1 个电流 脉冲开始前，这些入陷电子被具有一定能量的粒子 轰击而脱陷出来，为放电提供种子电子[11]。由于“浅 位阱”的数量是有限的[12]，入陷电子数量得不到补 充，并因不断脱陷而减少，二次电子发射系数 γ 随 着放电的进行而减小，导致“反常熄灭”。因此，阻 挡介质的材料特性对均匀放电的产生有重要影响[13-14]。
绝缘材料TSC测试方法的研究
寄生 电导 电流 是相 对于 聚合物 极化处 理后 释放 的退极 化 电流提 出 的 ， 究 发 现许 多介 质 在 没有 极 研 化处 理 的情况 下 ， 随温 度 升 高 时 同样 会 释放 一 定量
的电流“ 。寄 生 电导 电流 可 能 是 测 试 中上 下 电极 存 在微 小接触 电势 差 而 自发 产 生 的电 导 电流 高 ， 在
维普资讯
第２ ６卷 第 ３期 ２０ ０７年 ７月
电 工 电 能 新 技 术
Ａｄ ａ ｃ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｅ ｔ ｃ ｌＥｎ ｉｅ ｒｎ ｎ ｅｇ ｖ ｎ ｅ ｃ ｎ ｌｇ ｆＥｌｃｒ ａ ｇｎ ｅｉｇ ａ ｄ Ｅｎ ｒ ｉ ｙ
变化 ， 严重 影响 了热刺 激 电流测 试的精 度 。最后 ， 文提 出 了一种 消除 上述 干扰 的方 法 ， 本 以便 从 热
刺激 电流 曲线 中得 到反 映 电机绝缘 材料 特性 的更精 确 的参数 。 关键词 ：聚酰 亚胺 ； 刺激 电流 ； 生 电导 ；活化能 热 寄
中 图分 类 号 ： Ｍ ５ Ｔ ８ 文 献标 识 码 ： Ａ
基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目 （０７０５ ； 育部博士点基金资助项 目 （０５ ６３０ ） ５３７３ ） 教 ２０ ０１０８
作者简 介 ： 吴建东（９２） １８． ，男 ， 江苏籍 ， 士研究生 ，研究 方向为高速机 车变频牵 引电机绝缘性能评估 ； 硕
吴 广 宁 （９９ ） 男 ，江 苏籍 ， 授 ， 究 方 向为 局 部 放 电检 测 ， 力设 备 绝 缘 在线 监 测 。 １６． ， 教 研 电
在 绝缘材料 的性 能测 试 中 ， 而测 试 中寄 生电导 电流 的 存在 对测 试 结 果会 产 生一 定 的影 响 。本 文 然
压电高分子材料
3.表征与模拟
3.1 表征
大多数用于压电陶瓷的压电性能表征的方法都适用于压电高聚物。 基于共振分析和等价电路的方法可以被用来表征半结晶 PVDF 和其共聚 物， IEEE 标准中有所概述 。
共振分析应用于压电高聚物研究的细节问题在 Sherrit 和 BarCohen 有所探究 。 由于 IEEE 标准方法对高聚物本性的损耗，还需要其 他的表征技术来更精确地描述材料压电性能。 准静态直接法就是一种适应性很强的方法，能够充分研究聚合物 压电响应。 这种直接方法尤其适于非晶高聚物的表征研究。 热激励电流测量（ TSC）方法用于测量高聚物的剩余极化强度，应 变和电荷的直接测量方法用于研究与电场，频率和应力相关的压电系 数。
胡 南,刘雪宁,杨治中. 聚合物压电智能材料研究新进展[A]. 高分子通报,2004.
4.主要应用
4.1 电声换能器
压电高分子材料的比重小，频率响应好，所以特别适合做 电声材料。 利用压电薄膜的横向、纵向效应，可制成扬声器、耳机、扩 音器、话筒等音响设备，也可用于弦振动的测量。
扬பைடு நூலகம்器运用到压电薄膜
压电高分子（高聚物）材料
Piezoelectric Polymer Materials
报告人： 符彩涛 学 号：157692196 材料工程
目录
发展现状 压电高分子
表征与模拟
主要应用 应用前景
1.发展现状
压电高聚物的发展已有三四十年的历史，但至今科技工作者对其压电 性的成因及其性能的研究仍处于探索阶段。
天然压电高分子材料 合成压电高分子材料
① 结晶高分子+压电陶瓷
复合压电材料
② 非晶高分子+压电陶瓷
压电复合材料晶片
热激励去极化电流技术在无机材料中的应用
第42卷第7期2023年7月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.7July,2023热激励去极化电流技术在无机材料中的应用张效华1,2,张寓涛1,张㊀杰2,施赟舟2,曲海默2,张㊀力2,张㊀曜2,骆㊀宇2,卞帅帅2,郭蔚嘉2,陈雨谷2,岳振星2(1.陕西科技大学材料科学与工程学院,西安㊀710021;2.清华大学材料学院,新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,北京㊀100084)摘要:热激励去极化电流(TSDC)测量技术可以提供存在于材料体系中的缺陷类型信息,例如空间电荷㊁偶极子㊁陷阱电荷等㊂通过TSDC 谱分析,可研究偶极子和可动离子的性质,以及激活能㊁弛豫时间㊁荷电粒子浓度等微观参数,进而更好地理解与缺陷有关的物理本质㊂本文介绍了当前TSDC 技术在无机材料中的应用现状,整理归纳出TSDC 技术在线性介质㊁非线性介质㊁陶瓷-聚合物复合材料中的研究结果与最新进展,从本质上揭示无机材料中缺陷与性能之间的内在关联㊂有望拓展TSDC 技术在无机材料中的应用,为无机材料微观机制研究提供新思路㊂关键词:无机材料;热激励去极化电流;TSDC;缺陷;线性介质;非线性介质;陶瓷-聚合物复合材料中图分类号:TB32㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)07-2579-10Application of Thermally Stimulated Depolarization Current Technique in Inorganic MaterialsZHANG Xiaohua 1,2,ZHANG Yutao 1,ZHANG Jie 2,SHI Yunzhou 2,QU Haimo 2,ZHANG Li 2,ZHANG Yao 2,LUO Yu 2,BIAN Shuaishuai 2,GUO Weijia 2,CHEN Yugu 2,YUE Zhenxing 2(1.School of Materials Science and Engineering,Shaanxi University of Science &Technology,Xi an 710021,China;2.State Key Laboratory of New Ceramics and Fine Processing,School of Materials Science and Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China)Abstract :Thermally stimulated depolarization current technique can provide information on defect types that exist in the material systems,such as space charges,dipoles,trap charges and so on.Through TSDC spectral analysis,the properties of dipoles and movable ions,as well as activation energy,relaxation time and charged particle concentration,and other microscopic parameters,can be investigated to better understand the physical nature related to defects.This paper introduces the current application status of TSDC technique in inorganic materials reported at home and abroad.The research results and recent developments of TSDC technique in linear dielectrics,nonlinear dielectrics and ceramic polymer composites are summarized,in order to reveal the inner correlation between defects and properties in inorganic materials.It is expected to expand the application of TSDC technique in inorganic materials and provide new insight for the research on the microscopic mechanism of inorganic materials.Key words :inorganic material;thermally stimulated depolarization current;TSDC;defect;linear dielectric;nonlinear dielectric;ceramic polymer composite 收稿日期:2023-02-03;修订日期:2023-04-25基金项目:国家自然科学基金(52273315);陕西省教育厅科技项目(21JT003);清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室开放课题(KF202212);景德镇市科技计划项目(20192GYZD008-17)作者简介:张效华(1980 ),男,博士,教授㊂主要从事电子信息功能材料㊁功能电介质与元器件㊁微波介质与微波吸收㊁功能薄膜与厚膜材料等方向的研究㊂E-mail:zhangcity@通信作者:岳振星,教授㊂E-mail:yuezhx@ 0㊀引㊀言在无机材料中,缺陷至关重要,蕴含着丰富信息,无机材料的性能常因缺陷的存在而迥然不同㊂缺陷的形成来源于结构单元的排列异常,特别是众多科研工作者意图通过缺陷来设计具有特定性能的材料[1]㊂然2580㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷而一直缺少行之有效的方法表征缺陷,无法对其进行定性和定量分析㊂通常采用高分辨电镜㊁正电子湮灭技术㊁电子顺磁共振㊁扫描隧道显微镜㊁X 射线光电子能谱㊁光致发光谱㊁阻抗谱探究缺陷,但无法直接合理量化,同时缺陷状态易被样品制备过程和测量仪器所影响㊂图1㊀TSDC 测试过程示意图[7]㊀Fig.1㊀Schematic diagram of TSDC measurement process [7]热激励去极化电流(thermally stimulated depolarization current,TSDC)测量原理最早在1936年由Frei 等证明,之后在1964年,由Bucci 与Fieschi 在研究离子点偶极子的基础上建立TSDC 测量技术[2-3]㊂TSDC 是介质材料在受热过程中极化态的建立,之后极化态解除所产生的短路电流[4-7]㊂TSDC 基本测试过程为:将样品先加热到在一定的温度(极化温度,T p ),激发样品中的载流子,再加载直流电压(极化场强,E p ),使之充分极化㊂偶极子或载流子等缺陷对温度场和电场积极响应,从而重新分布或者形成亚稳态㊂之后迅疾降至低温使各类极化 冻结 ,移除电场,样品被短路,即为 去极化 过程㊂再以等速率升温,同时记录去极化电流随温度的变化,即TSDC 谱,测试过程如图1所示㊂假设偶极子有一个理想的对称势垒模型,对偶极子模型进行简化,给予一定的极化条件(T p ,E p ),单一弛豫的TSDC 可通过式(1)㊁(2)进行数学描述[8-11]㊂J D =P e (T p )τ0exp -E a k B T ()exp -1βτ0ʏT T 0exp -E a k B Tᶄ()d Tᶄ[](1)式中:P e 为平衡状态下的极化强度(等同于弛豫峰下的面积),满足Langevin 公式[4-7],如式(2)所示㊂P e =sN d P 2u E a k B T p (2)式中:J D 为电流密度;τ0为特征弛豫时间;β为测量中的升温速率;s 是与材料振动频率有关的几何因子(离子晶体中,s =2/3);N d 为缺陷载流子浓度;P u 为电偶极矩;E a 为激活能;k B 为波尔兹曼常数;T 为绝对温度㊂式(1)呈现出非对称峰,通过微分,进而方程变换,可把TSDC 峰值区域描述成通用曲线,如式(3)所示㊂-ln J (T )Const.[]=E a k B T +exp E a k B T m -E a k B T ()(3)式中:T m 对应着弛豫峰峰温㊂基于TSDC 曲线和式(1),第一个指数项由曲线低温段主导,代表初始去极化电流随温度的变化,意味着TSDC 曲线峰的上升期[12-13]㊂第二个指数项被曲线高温段支配,代表此峰的下降期㊂因此通过初始上升方法(initial rise method),对第一个指数项进行对数变换,从而拟合出缺陷激活能,如式(4)所示[4-6,14]㊂ln[J (T )]≅Const.-E a k B T (4)特征弛豫时间τ0也是缺陷的重要特征参数,依据TSDC 谱,可以计算不同缺陷类型的弛豫时间[15]㊂根据T =T m ,d J (T )/d T =0,变换Arrhenius 方程,特征弛豫时间τ0可作如下变换[8-11]:τ0=kT 2m E a βexp -E a k B T m ()(5)TSDC 技术自被Hino [3]引入到无机材料中以来,逐渐得到认可,已经成为深入研究介电机理的有力工具㊂比如美国宾州州立大学Randall 等[4-7,10-11]㊁中国清华大学Yue 等[16-17]㊁韩国三星电机有限公司Yoon 等[8-9]㊁中国安徽大学Xie 等[18]都率先报道了TSDC 技术在电介质材料中的应用,获得了新奇的研究成效㊂Liu 与Randall [4,6]深入线性介质SrTiO 3体系,以Fe 掺杂SrTiO 3单晶和陶瓷为研究对象,采用TSDC 技术解析了蕴含于二者之内的缺陷信息,结合其他测试手段,进而探讨了电阻退化㊁疲劳失效等机制与缺陷的相关性㊂第7期张效华等:热激励去极化电流技术在无机材料中的应用2581㊀本文从TSDC 技术在线性介质㊁非线性介质㊁陶瓷-聚合物复合材料中应用的三个角度出发,归纳总结了与TSDC 技术相关的研究结果和最新进展,进而阐述了TSDC 的研究结果与电介质宏观和微观性能的相关性,同时展望了TSDC 技术在无机材料中的应用前景㊂1㊀TSDC 技术在线性微波介质中的应用本课题组首次把TSDC 引入到微波介质中,探讨陶瓷中的缺陷类型与热弛豫㊁品质因子Q ˑf 值之间的关联㊂以钛酸盐[16-17,19-22]㊁铌酸盐[23-27]为研究对象,系统研究了缺陷㊁弛豫特性与介电性能的相关性㊂一般而言,电介质中的缺陷大致分为三类:陷阱电荷(trap charge)㊁离子空间电荷(ionic space charge,以氧空位V ㊃㊃O 为主)和偶极子(dipole)㊂从TSDC 谱中弛豫峰个数可判断材料中存在的极化机制数目,依据TSDC 谱弛豫峰对极化条件的响应可判断缺陷类型,同时也可计算得到该缺陷的激活能以及其他特性参数㊂在六方钙钛矿Ba 0.6Sr 0.4La 4Ti 4O 15(钛酸盐)微波介质中,本课题组采用TSDC 技术分析了陶瓷内部的缺陷信息[17]㊂图2为(1-x )Ba 0.6Sr 0.4La 4Ti 4O 15-x TiO 2陶瓷的TSDC 谱,图中给出了测试条件㊂分析可知:x =0时,TSDC 谱中仅出现一种弛豫峰,来源于V ㊃㊃O 的晶粒弛豫;x =0.05时,TSDC 谱中出现2种弛豫峰,分别来源于V ㊃㊃O 的晶粒和晶界弛豫㊂另外后者的电流密度幅度J m 高于前者,这意味着x =0.05时的氧空位缺陷浓度高于x =0时,正如Q ˑf 值低于前者,结果相一致㊂最终得出,Ba 0.6Sr 0.4La 4Ti 4O 15微波陶瓷中的缺陷类型主要为氧空位,TiO 2含量的增加导致了V ㊃㊃O 浓度的增加,实为非本征损耗的主要因素㊂另外,晶粒弛豫的激活能偏低(0.33eV),这是因为六方钙钛矿中含有空氧八面体层,且其晶格常数偏大,从而为V ㊃㊃O 的移动提供了便利条件㊂图2㊀(1-x )Ba 0.6Sr 0.4La 4Ti 4O 15-x TiO 2陶瓷的TSDC 谱[17]Fig.2㊀TSDC spectra of (1-x )Ba 0.6Sr 0.4La 4Ti 4O 15-x TiO 2ceramics [17]本课题组又以BaTi 4O 9为例,确认了缺陷偶极子(Ti 3+Ti )ᶄ-V ㊃㊃O 和空间电荷V ㊃㊃O 分别对应于介电温谱中低温和高温区的弛豫[28]㊂进而扩展讨论了一些典型的Ti 基微波介质,以BaTi 4O 9㊁TiO 2㊁MgTiO 3和Ca 0.8Sr 0.2TiO 3为例,把微波介电特性和缺陷行为进行了对比,发现缺陷弛豫行为与结构中TiO 6八面体密切相关㊂表1中给出了MgTiO 3㊁BaTi 4O 9㊁TiO 2和Ca 0.8Sr 0.2TiO 3陶瓷的缺陷行为比较[28]㊂这些弛豫信息是基于TSDC 测量,在相同极化条件下得到的J m 和T m 数值㊂一般而言,TiO 6八面体的网络是含Ti 材料的基本单元㊂TiO 6八面体的连接方式有共面㊁共棱㊁共角三种,结合力依次为共面>共棱>共角㊂对不同连接方式的氧八面体而言,Ti离子的还原和氧损失的程度不同,从而其性能也不同㊂在Ca 0.8Sr 0.2TiO 3(类似CaTiO 3)中,TiO 6八面体为共角相连,键合强度较低,易畸变,方便Ti 离子的还原和氧损失,因此诱导出高浓度的V ㊃㊃O 和偶极子,与TSDC 的表征结果相一致㊂对于MgTiO 3,TiO 6八面体为共面相连,这种强力构型不易产生V ㊃㊃O ,从而V ㊃㊃O 浓度最低,甚至不会形成(Ti 3+Ti )ᶄ-V ㊃㊃O 偶极子,实际上,在MgTiO 3的TSDC 测量过程中,也的确没探测到(Ti 3+Ti )ᶄ-V ㊃㊃O 的存在;对于BaTi 4O 9和TiO 2,尽管二者晶体结构不同,却都含有共棱和共角的连接方式,也展示出相似的缺陷行为㊂因此这些结果表明,有V ㊃㊃O 参与构制的缺陷㊁Q ˑf 值都与氧八面体的连接方式密切相关[28]㊂2582㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷表1㊀MgTiO 3㊁BaTi 4O 9㊁TiO 2和Ca 0.8Sr 0.2TiO 3陶瓷的缺陷行为比较[28]Table 1㊀Comparisons of defect information among MgTiO 3,BaTi 4O 9,TiO 2and Ca 0.8Sr 0.2TiO 3ceramics [28]Item MgTiO 3BaTi 4O 9TiO 2Ca 0.8Sr 0.2TiO 3Crystal structure Rhombohedral Orthorhombic Tetragonal Orthorhombic Connection of TiO 6octahedrons Edge-sharingEdge-and corner-sharing Edge-and corner-sharing Corner-sharing Sintering temperature /ħ1400117512501300Q ˑf value /GHz 16000051500483008300Defect dipoleT m /ħ -10.4737.5111.5J m /(pA㊃mm -2) 1.64 1.65860.97E a /eV 0.32~0.360.34~0.370.61~0.67In-grain oxygen vacancyT m /ħ225.599.5223.5J m /(pA㊃mm -2)0.023820.5822.93E a /eV 0.56~0.740.30~0.480.31~0.58In and across overlapped In-grain oxygen vacancy T m /ħOver temperature range 277.5289.57 J m /(pA㊃mm -2) 12369.11 E a /eV 0.65~1.010.66~1.08 ㊀㊀Note:J m and T m were gathered with the same T p of 200ħand E p of 100V /mm.在铌酸盐微波介质中,本课题组以Ba(Mg 1/3Nb 2/3)O 3(BMN)为研究对象,分别通过Sn 4+和Hf 4+取代,系统研究其对BMN 结构㊁微波介电性能和缺陷行为产生的影响[25,27]㊂在(1-x )Ba(Mg 1/3Nb 2/3)O 3-x BaSnO 3(BMN-BS)陶瓷中,Sn 4+取代降低了BMN 的1ʒ2有序度[25]㊂图3给出了纯BMN 陶瓷的TSDC 谱和相同极化条件下BMN-BS 陶瓷的低温段TSDC 谱㊂如图3(a)所示,TSDC 谱包含两种弛豫峰,表明至少两种类型的缺陷存在于BMN 陶瓷中,其中峰A 为缺陷偶极子,峰B 则对应着V ㊃㊃o ㊂如图3(b)所示,随着Sn 4+的引入,当x >0.05时,低温段峰A 消失㊂当低温弛豫出现时,BMN 中B 位离子为1ʒ2长程有序的结构㊂由于Mg 2+和Nb 5+半径相近,缺陷缔合成Mg‴Nb -Nb ㊃㊃㊃Mg 偶极子,引起微区的短程无序,遂观察到由结构松弛引起的低温弛豫㊂当x >0.05时,B 位离子长程有序向无序转变,低温弛豫消失㊂同时,至于高温段V ㊃㊃o 的弛豫峰,随着Sn 4+取代量增加,幅度J m 逐渐增强,意味着诱导出更多的氧空位,这会引起微波介电损耗的增加㊂然而Sn 4+取代也改善了BMN 陶瓷的烧结特性,最终仍收获较高的Q ˑf 值㊂图3㊀相同极化条件下纯BMN 陶瓷和BMN-BS 陶瓷低温段的TSDC 谱[25],其中(a)中插图为低温段峰A 的放大图,(b)中插图为峰A 在x =0和0.05时的激活能Fig.3㊀TSDC spectra of pure BMN ceramics and low-temperature region of BMN-BS ceramics under the same polarization condition [25],the inset in (a)is the enlarged peak A and the inset in (b)is the calculated E a for peak A 在(1-x )Ba(Mg 1/3Nb 2/3)O 3-x BaHfO 3(BMN-BH)陶瓷中,Hf 4+的引入,在测量精度范围内,并未索引到1ʒ2有序度超晶格衍射峰,且高角度(422)和(226)衍射峰未曾劈裂[27]㊂图4给出了BMN-BH 陶瓷在低温段的弛豫特性㊂引入Hf 4+之后,样品在低温段的介电弛豫和TSDC 弛豫均消失㊂同样直接验证:在低温段第7期张效华等:热激励去极化电流技术在无机材料中的应用2583㊀BMN 陶瓷的偶极子弛豫与结构有序有关㊂图5展示出相同极化条件下BMN-BH 系列陶瓷的TSDC 比较,其中插图为峰A 的J m 随取代量的变化情况㊂为了便于比较,BMN-BH 系列陶瓷的制备工艺与烧结条件相同㊂如图5所示,x =0.05时V ㊃㊃O 的晶粒弛豫幅度最高,表明此样品拥有最高的V ㊃㊃O 浓度㊂缺陷(尤其V ㊃㊃O )会给晶体结构带来非谐振动,进而产生介电损耗,这被x =0.05的样品Q ˑf 值下降所印证㊂之后取代量继续增加,幅度J m 逐渐减低,氧空位数量减少㊂图4㊀BMN-BH 陶瓷在低温段的弛豫特性[27]Fig.4㊀Relaxation characteristics of BMN-BH ceramics in low temperature region[27]图5㊀相同极化条件下BMN-BH 系列陶瓷的TSDC 谱比较[27],插图为峰A J m 随取代量x 的变化Fig.5㊀TSDC spectra comparison of BMN-BH ceramics under the same polarization conditions [27],the inset displays the variations of J m for peak A with x 对比Sn 4+和Hf 4+取代,可以发现这两个体系与氧空位有关的缺陷信息正好相反,Sn 4+诱导出更多的氧空位,然而Hf 4+降低了氧空位数量㊂因此同样是+4价态离子取代,作用机制却完全不同㊂在Sn 4+取代BMN 过程中,可能与低温相Ba 5Nb 4O 15有关,Ba 5Nb 4O 15属于六方钙钛矿结构,其烧结温度低于BMN,且易引起晶格歪曲,同时结构中包含全空的氧八面体㊂所以随Sn 4+取代量的增加,氧空位浓度增加㊂然而在Hf 4+取代BMN 过程中,烧结温度提升,对于x =0.05来说,氧损失被加剧㊂随着Hf 4+取代量继续增加,基于近似的离子半径,Hf 优先占据Mg 的位置,而不是Nb 的位置,从而抑制了氧空位的产生㊂本课题组的实验结果表明:对于微波介质陶瓷来说,TSDC 非常有助于帮助解析与缺陷相关的弛豫和非本征损耗机制㊂同样,本课题组也关注了钨青铜结构的线性介质,以Ba 4(Sm,Nd)9.33Ti 18O 54微波介质陶瓷为例,通过Al 离子取代,制备了Ba 4(Sm,Nd)9.33Ti 18-z Al 4z /3O 54(BSNT-z Al,0ɤz ɤ2.5)固溶体[29]㊂本课题组使用TSDC 解析了与缺陷相关的非本征介电损耗机制㊂图6展示出BSNT-z Al 的TSDC 谱,其中(a)中插图为B 1峰的放大,(b)中插图为A 2和B 2峰的放大㊂如图6(a)和(b)所示,在BSNT-z Al 陶瓷中总共出现4种弛豫峰(A㊁B㊁C㊁D),对应着4种不同的弛豫机制㊂分析表明:在z =0时(纯BSNT),B 1㊁C 1㊁D 1峰分别对应于V ㊃㊃O 的晶粒弛豫㊁TiᶄTi -V ㊃㊃O 偶极子㊁V ㊃㊃O 的晶界弛豫;在z =1.5时,A 2㊁B 2㊁C 2峰分别对应于AlᶄTi -V ㊃㊃O 偶极子㊁V ㊃㊃O 的晶粒弛豫㊁TiᶄTi -V ㊃㊃O 偶极子㊂对于Al 取代Ti,缺陷化学反应机制如式(6)所示㊂Al 2O 3TiO 2ң2AlᶄTi +V ㊃㊃O +3O x (6)图7展示出相同极化条件下BSNT-z Al 陶瓷在掺Al 前后的TSDC 对比㊂经过对比图6(a)㊁(b)和图7发现:Al 3+的引入造成V ㊃㊃O 的晶界弛豫峰(D 1)消失,然而新出现了AlᶄTi -V ㊃㊃O 偶极子的弛豫峰(A 2)㊂由此可见,2584㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图6㊀BSNT-z Al 的TSDC 谱[29],其中(a)中插图为B 1峰的放大图,(b)中插图为A 2和B 2峰的放大图Fig.6㊀TSDC spectra of BSNT-z Al ceramics [29],the inset in (a)is the amplification of peak B 1,and the inset in (b)is the amplification of peak A 2and B2图7㊀相同极化条件下BSNT-z Al 陶瓷在掺Al 前后的TSDC 谱比较[29]Fig.7㊀TSDC spectra comparison of BSNT-z Al ceramics without and with Al under the same polarization conditions [29]由于AlᶄTi 与V ㊃㊃O 的交互作用,易倾向于形成AlᶄTi -V ㊃㊃O 偶极子缺陷复合物㊂通过这种缺陷缔和,限制了空间电荷V ㊃㊃O 的活动,从而减少其对非本征损耗的贡献㊂值得注意的是,基于此受主取代,理论上诱导出更多的V ㊃㊃O ,然而非但V ㊃㊃O 的晶界弛豫峰没有增加,相反却消失了,这说明V ㊃㊃O 积极参与了偶极子的构造,从而使游离态V ㊃㊃O 的浓度降低,晶界弛豫难以被激励㊂如图7所示,C 峰(幅度最高)在掺Al 后,其J m 降低,说明TiᶄTi -V ㊃㊃O 偶极子的浓度也有所降低,这意味着Al3+的引入可抑制Ti 的还原(TiᶄTi 和V ㊃㊃O 的浓度都降低)㊂实际上,在BSNT-z Al 陶瓷体系中,因为Al 取代Ti 也降低了Ti 的摩尔含量,尤其TiᶄTi -V ㊃㊃O 偶极子的浓度降低也有助于改善Q ˑf 值㊂2㊀TSDC 技术在非线性介质中的应用本课题组曾以超薄BaTiO 3基Y5V 型多层陶瓷电容器(multilayer ceramic capacitor,MLCC)为研究对象,通过介电频谱㊁温谱分析其介电特性的响应,研究其极化响应与TSDC 之间的相关性[16]㊂图8给出了BaTiO 3基Y5V 型MLCC 的TSDC 谱㊂根据弛豫峰的出现和移动特点,可辨别这些弛豫峰来源于空间电荷极化的弛豫㊂分析可知,弱峰来源于V ㊃㊃O 在晶粒内的迁移弛豫,强峰源自V ㊃㊃O 穿越晶界的弛豫㊂因此在Y5V 型BaTiO 3基介质中,主要的缺陷是氧空位,在温度和电场作用下,介质中的缺陷载流子被激活并贡献漏导㊂本课题组继续以超薄BaTiO 3基Y5V 型MLCC 为研究对象,研究缺陷与可靠性之间的相关性㊂研究在强交流电场下的介电行为和高加速电阻退化行为,通过对比退化前后的TSDC 行为,试图去理解与缺陷相关的电阻退化的基本机制[30]㊂图9为退化前后MLCC 的TSDC 谱对比㊂介质材料的电阻退化行为表现为在电场作用下,随时间的向前推移,漏导增加的现象(电阻率的降低),并且此过程可被温度或电场的增强而加速㊂当极化时间超过10min 后,高弛豫峰显示出快速饱和行为,所以穿越晶界的弛豫恰恰是电阻退化的主要因素㊂如图9所示,在相同的极化条件下,样品在退极化后,J max 展现出清晰的降低,同时T m 转移到高温方向㊂对于轻度劣化来说,多数的氧空位可以穿越晶界,在阴极区域聚集,从而导致J max 的增加㊂但是对于重度劣化的样品来讲,大多数氧空位都可以跳出势阱,在介质内迁移,这被激活能的降低所证实㊂这些大量氧空位可能形成缺陷丛簇,阻碍移动的顺畅,不能通过晶格彼此交互,贡献弛豫电流㊂因此这些缺陷丛簇的交互是TSDC 离子弛豫电流降低的主要因素,但缺陷丛簇依然是漏导和电阻退化的主要机制㊂第7期张效华等:热激励去极化电流技术在无机材料中的应用2585㊀图8㊀BaTiO 3基Y5V 型MLCC 的TSDC 谱[16]Fig.8㊀TSDC spectra of Y5V BaTiO 3-based MLCC[16]图9㊀退化前后Y5V 型MLCC 样品的TSDC 谱比较[30]Fig.9㊀TSDC spectra comparison of Y5V MLCC chips before and after degradation [30]Yoon 与Randall 等[5,7]在Mg 受主掺杂的BaTiO 3陶瓷中,研究电阻退化与TSDC 的相关性㊂通过TSDC 的表征,获得了缺陷的相关信息,从而为电阻退化提供了最有力的证据㊂研究对象分别为亚微米细晶(0.7~0.8μm)和粗晶(60~70μm)制备的陶瓷电容器㊂对比粗晶而言,细晶的电阻退化明显改进,除了晶界的数量增加外,另外一个抑制退化行为的主要原因就是V ㊃㊃O 缺陷浓度的降低㊂虽然名义上受主掺杂的浓度相同,但是细晶中实际有效的受主掺杂浓度和氧空位浓度远低于粗晶中的数值㊂另外,在这两种BaTiO 3材料中,随着Mg 含量的增加,由受主掺杂引进的V ㊃㊃O 浓度都逐渐增加,直接对应着更易的电阻退化现象,二者的变化趋势相一致㊂结果表明,在TSDC 的帮助下,可通过控制氧空位的浓度和迁移来改进MLCC 的可靠性㊂清华大学Wang 等[31-32]报道了具有大压电应变的碱金属铌酸盐㊂MnO 2掺杂(Na 0.5K 0.5)NbO 3-(Bi 0.5Li 0.5)TiO 3-BaZrO 3无铅钙钛矿压电陶瓷展示出高达470pm /V 的压电应变,其居里温度T c 为243ħ[31]㊂借助于TSDC 分析,从宏观角度揭示了MnO 2掺杂的压电陶瓷中缺陷的减少及其铁电性能的改善㊂另外Wang 和Jo 等[32]也采用TSDC 分析了(1-x )(Bi 1/2Na 1/2)TiO 3-0.20(Bi 1/2K 1/2)TiO 3-x SrTiO 3无铅压电陶瓷中的去极化温度(depolarization temperature,T d )㊂清华大学Wang 等[33-34]报道了还原性气氛烧结的(K 0.5Na 0.5)NbO 3基压电陶瓷中的缺陷工程㊂还原性气氛对于多层压电器件与贱金属内电极共烧至关重要㊂以Sn 掺杂(Na 0.52K 0.44Li 0.04)NbO 3(KNN)为研究对象,研究缺陷结构与电性能之间的关系[34]㊂TSDC 谱清楚地解释了蕴含的缺陷信息,为电性能的变化提供了最直接有力的证据㊂另外,本课题组归纳了TSDC 与剩余极化强度P r 之间的关系㊂实际上,在TSDC 测量过程中,可以探测到热释电电流,即极化状态随温度改变而产生的电流,例如相变㊁铁电畴变㊁铁电状态转变到反铁电等㊂在恒定升温速率的情况下,对于极化的样品,热释电电流与极化的关系如式(7)所示[32]㊂2586㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷P(T)=ʏ1βJ(T)d T(7)式中:T为温度;β为测量中的升温速率㊂对于极化的铁电体而言,P(T)=P r,T d是极化的拐点㊂对于有退极化现象的物质而言,在恒定升温速率下,J m越高,去极化程度就越高㊂对比P r数值,可在较宽的温度范围内,讨论极化行为,例如铁电体相㊁弛豫相㊁反铁电体相㊂以无铅压电(Bi1/2Na1/2)TiO3为例,在T d出现时,意味着铁电畴从宏观上衰退㊂当J m越高时,极化则快速衰退,进而导致依靠宏观P r的其他电性能也快速衰退[32]㊂通过TSDC技术,可以指导寻找拓宽T d的策略,从而打破当前应用的限制壁垒㊂同时为非线性介质的极化和去极化分析提供了新思路,为介电㊁铁电性的分析提供了很好的补充,也拓宽了TSDC技术的应用范围㊂3㊀TSDC技术在陶瓷-聚合物复合材料中的应用陶瓷-聚合物复合材料的界面是影响材料性能的关键因素,如机械㊁热㊁介电等性能㊂界面可以捕获材料内部中的移动电荷,形成陷阱,因此复合材料内大部分电荷被束缚于界面处㊂本课题组以高密度聚乙烯(high density polyethylene,HDPE)为基质,BaO-Nd2O3-TiO2(BNT)陶瓷粉体填充相,熔融挤出HDPE-BNT复合介质材料,用于制备宽频带微波天线㊂通过TSDC研究复合材料内部偶极子以及载流子情况,意图了解陶瓷-聚合物复合材料损耗㊁耐电压与老化等特性,改进复合材料基板天线的灵敏度,以及指导其在静电储能领域中的应用㊂HDPE是高度结晶的聚合物,结构为晶态区与非晶态区共存的聚集态,界面存在于晶态区和非晶态区之间[35-36]㊂其玻璃化转变温度约为-78ħ,熔晶温度约为134.6ħ㊂当TSDC的测试温度区间设置在-40~ 120ħ时,HDPE的内部结构保持不变㊂同样条件下,本课题组制备了不同BNT体积含量填充的HDPE复合材料(包括纯HDPE),系统分析了其TSDC行为衍变㊂纯HDPE的TSDC表明:低温T m峰(70ħ左右)对应于空间电荷,主要位于非晶相和结晶相界面处;高温T m峰(100ħ左右)对应于偶极子,HDPE结晶相C C 链出现松弛和蠕变时,结晶相内位错增加,导致界面及缺陷增加,偶极子电荷陷阱主要存在于位错界面处㊂随着引入BNT体积含量为10%时,低温T m峰(20ħ左右)与填充相BNT的孤立氧有关;然而高温T m峰由纯HDPE时的偶极子转变为空间电荷,主要存在于聚合物/陶瓷界面上㊂随着BNT填充相增加到20%,甚至最后提升到50%,低温T m峰消失,纯HDPE时的高温区偶极子弛豫峰也不再出现,依然只出现空间电荷的去极化电流峰㊂对比纯HDPE和填充后的高温T m峰幅度,J m降低了几十倍到数百倍,这足以说明BNT陶瓷粉的引入成功抑制了HDPE相中的电荷注入㊂因为加入陶瓷粉可起到类似钉扎作用,HDPE中C C链的松弛和蠕变被抑制,从而减少位错等缺陷,减少了聚合物相中的电荷势阱㊂另外也提供了低势阱的聚合物/陶瓷界面,电荷在极化时优先注入聚合物/陶瓷界面处的陷阱㊂继续讨论不同BNT填充量的影响,在相同极化条件下,随着BNT体积含量增多,J m增大㊂因为BNT体积含量增多,聚合物/陶瓷的总界面增加,界面处的陷阱也会增加,从而注入电荷也就越多㊂在相同极化条件下,纯HDPE的偶极子的T m与复合材料的高温空间电荷的T m值,峰温明显不同,也说明二者的陷阱位置不同㊂HDPE的电荷集中在结晶相的位错界面处,而后者主要集中在聚合物/陶瓷界面处㊂本课题组还采用双螺杆挤出与热压工艺制备了HDPE与Mg0.95Ca0.05TiO3(MCT)复合介质材料,通过TSDC研究其电荷分布和界面特性[33]㊂图10给出了不同体积分数的MCT-HDPE复合物的TSDC谱㊂Mg0.95Ca0.05TiO3陶瓷的TSDC谱展示出2种弛豫峰,分别源自偶极子TiᶄTi-V㊃㊃O和空间电荷V㊃㊃O㊂如前所述,纯HDPE的TSDC谱也展示出2种弛豫峰,分别为非晶相和结晶相界面处的空间电荷弛豫与位错界面处的偶极子弛豫㊂在MCT填充HDPE之后,复合物的TSDC行为发生了明显衍变,不是MCT和HDPE的图谱简单相加,也不类似二者的任何初始图谱㊂而是在-100~120ħ的测量范围内,新呈现出独有的单一空间电荷弛豫峰㊂大量的陷阱位于聚合物/陶瓷界面区域附近,电荷倾向于驻留在这些陷阱中㊂低含量MCT填充时,可以有效抑制HDPE聚合物基体中的电荷注入㊂然而随着填充量的增加,J m增加,MCT与HDPE的界面在增加,从而电荷更容易驻留在界面,表现为电荷注入的增加㊂关于陶瓷-聚合物复合材料,陶瓷填料的引入在聚合物/陶瓷界面处产生浅层陷阱,阻碍电极向聚合物基体注入空间电荷㊂加载外电场于复合材料上,电荷倾向于被这些陷阱所捕获㊂在温度或电场的激励下,界面。
第三版_高分子物理课后习题答案(详解)
第1章高分子的链结构1.写出聚氯丁二烯的各种可能构型，举例说明高分子的构造。
等。
举例说明高分子链的构造：线形：聚乙烯，聚α-烯烃环形聚合物：环形聚苯乙烯，聚芳醚类环形低聚物梯形聚合物：聚丙烯腈纤维受热，发生环化形成梯形结构支化高分子：低密度聚乙烯交联高分子：酚醛、环氧、不饱和聚酯，硫化橡胶，交联聚乙烯。
2．构象与构型有何区别？聚丙烯分子链中碳—碳单键是可以旋转的，通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯？为什么？答：（1）区别：构象是由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化，而构型则是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列；构象的改变不需打破化学键，而构型的改变必须断裂化学键。
（2）不能，碳-碳单键的旋转只能改变构象，却没有断裂化学键，所以不能改变构型，而全同立构聚丙烯与间同立构聚丙烯是不同的构型。
3.为什么等规立构聚丙乙烯分子链在晶体中呈螺旋构象，而间规立构聚氯乙烯分子链在晶体中呈平面锯齿构象？答（1）由于等归立构聚苯乙烯的两个苯环距离比其范德华半径总和小，产生排斥作用，使平面锯齿形（…ttt…）构象极不稳定，必须通过C-C键的旋转，形成31螺旋构象，才能满足晶体分子链构象能最低原则。
（2）由于间规聚氯乙烯的氯取代基分得较开，相互间距离比范德华半径大，所以平面锯齿形构象是能量最低的构象。
4.哪些参数可以表征高分子链的柔顺性？如何表征？答：（1）空间位阻参数（或称刚性因子），值愈大，柔顺性愈差；（2）特征比Cn，Cn值越小，链的柔顺性越好；（3）连段长度b，b值愈小，链愈柔顺。
5．聚乙烯分子链上没有侧基，内旋转位能不大，柔顺性好。
该聚合物为什么室温下为塑料而不是橡胶？答：这是由于聚乙烯分子对称性好，容易结晶，从而失去弹性，因而在室温下为塑料而不是橡胶。
6.从结构出发，简述下列各组聚合物的性能差异：（1）聚丙烯睛与碳纤维；（2）无规立构聚丙烯与等规立构聚丙烯；（3）顺式聚1，4-异戊二烯（天然橡胶）与反式聚1，4-异戊二烯（杜仲橡胶）。
国际电工委(IEC)发布纳米技术新技术规范
Frontiers前沿11便利产品（剃须刀、电动牙刷）等。
外部电源的生态设计法规是2019年欧盟委员会通过的一揽子综合计划的一部分。
该计划由10个生态设计和6个能源标签法规组成，预计到2030年每年将节省167太瓦时（TW ·h ）最终能源。
这相当于丹麦的年度能源消耗。
这些节省相当于每年减少超过4600万吨的二氧化碳当量。
图文来源：欧盟委员会官网原标题：原标题：New rules for external power supplies will enable household energy savings两大国际标准组织对新型冠状病毒（COVID-19）的回应：可免费获取相关标准为了支持全球对抗新型冠状病毒（COVID-19），国际电工委（IEC ）和国际标准委员会（ISO ）已决定向相关厂商和个人免费提供重症监护呼吸机的标准。
无论厂商正在开发产品或将其现有装配线转换为呼吸机的生产，都可以免费使用这些标准。
IEC 提供的标准包括：IEC 60601-1，医疗电气设备-第1部分：基本安全性和基本性能的一般要求；IEC 60601-1-2：2014，医疗电气设备-第1-2部分：基本安全和基本性能的一般要求-附带标准：电磁干扰-要求和测试；IEC 60601-1-6，医疗电气设备-第1-6部分：基本安全性和基本性能的一般要求-附带标准：可用性；IEC 60601-1-8，医疗电气设备-第1-8部分：基本安全和基本性能的通用要求-并行标准：医用电气设备和报警系统的通用要求，医疗电气系统测试和指南；IEC 60601-1-11：2015，医疗电气设备-第1-11部分：基本安全和基本性能的通用要求-附带标准：家庭医疗保健环境中使用的医疗电气设备和医疗电气系统的要求；ISO 提供的标准包括（只读格式免费提供——不完全列表）：ISO 374-5：2016，危险化学物品和微生物防护手套-第5部分：微生物风险的术语和性能要求；ISO 5356-1：2015，麻醉和呼吸设备-圆锥形连接器-第1部分：圆锥形和插座；ISO 10651-3：1997，医用肺呼吸机-第3部分：紧急和运输呼吸机的特殊要求；ISO 10651-4：2002，肺呼吸机-第4部分：操作员供电的复苏器的特殊要求；ISO 10651-5：2006，医疗用肺呼吸机-第5部分：气动力紧急复苏器；ISO 10993-1：2018，医疗器械的生物评估-第1部分：风险管理过程中的评估和测试；ISO 13688：2013，防护服：一般要求；ISO / TS 16976-8：2013，呼吸防护装置：人为因素-第8部分：人机工程学因素；ISO 17510：2015，医疗设备：睡眠呼吸暂停呼吸疗法-口罩和应用配件；ISO 18562-2：2017，医疗应用中呼吸气体路径的生物相容性评估-第2部分：颗粒排放测试。
TSC式消弧线圈的涌入电流及其抑制
北华航天工业学 院学报
第ｌ ６卷
ｉ＝Ｕ 。 。 ０ Ｃ ｏ
（ ） １ １
Ｌ－ ．ｌ － Ｒ １ ＝ ｌ ｇ ａ 一 ＝ 一 ｕ
／
（） ４
式中 ｕ 。为 Ｃ 投 入 瞬 间 加 在 Ｃ 。上 的 充 电 电
Ｒ 一 一
ｒ
压 ，。 为放 电回路的谐振角频率 ， 。 Ｌ 为电容 回路 的
１ Ｔ Ｃ式 消 弧线 圈的 基本 结构 和原 理 ｓ 新 型晶 闸管投 切 电容式 消 弧线 圈结 构 如 图 １ 所
单台电容器投人电网运行时 ， 其等值 电路如图 ２ 。根据等效电路图 ， 可以列出如下方程 ：
Ｃ
示。它的基本结构是带二次绕组的消弧线圈并联多
组 可控硅 控制 的电容 器 。通过 不 同组合 的 电容器 的
瞬间 电源 电压 的相 角 。解 以上 方 程 可得 ：
ｉ （＋一）Ｉ ［ ｓ 一） ＝ｓ ｔ ＋ｅ — ｉ Ｉ ｉ ｎ ｎ （
ｓ （ ｔ ） １ ｃｓ ｉ 。 一 ｎ 一 。（
图１ 式 消 弧 线 圈
一
） ｔ （ ｓ。 ２ ｉ ］ ） ｎ
第１ ６卷第 ５期
２０ ０ ６年 １ ０月
北华航 天工业学 院学报
Ｊｕ ｎ ｏ ｒｈ Ｃ ｉａＩ ｓｉ ｔ ｆＡｅｏｐ ｃ ｎ ｉｅｒｎ ｏ ｒ ￣ ｆＮｏ ｔ ｈｎ ｎ ｔ ｕｅｏ ｒｓａｅ Ｅ ｇｎ ｅ ｉ ｔ
Ｖｏ ． ６ ＮＯ． Ｉ１ ５
０ｃ ． ０ ６ ｔ２ ０
２ 消弧线 圈 运行 时 的涌入 电流 ２ １ 单 台电容 器投 入 电 网运 行 时 的涌入 电流 ．
流、 过压和波形畸变的问题成为危害系统正常工作的 重要 因素 ， 系统频繁 的受到 １０ 以上 的电容 电流 的 ０倍 冲击， 就可能使电容器在早期 损坏 ， 同时会使 电网中 的开关设备、 电流互感器 、 继电保护设备受损 ， 影响到 整个 电网安全运行 。因此 ， 究投 切 电容 时 电流和 Ｊ 研 电压瞬态变化成为一个非常重要的问题。
极化去极化电流法极化参量对电力电容器绝缘状态的影响
Chongqing University, Chongqing 400044 , China; 2- Stata Ged Sichuan Electec Power Research Instituta, Chengdu 610041 , Sichuan, China;
3- Stata Ged Deyang Electec Power Supply Company, Deyyng 618000, Sichuan, China)
42Байду номын сангаас
4
2019 8
四川电力技术 Sichuan Eleceic Powes Technolovy
Vol-2, No Aug. ,2019
极化去极化电流法极化参量 对电力电容器绝缘状态的影响
王 鑫1，张晨萌2,刘渝根1，谭思文3，孙鹏宇1 (1•输配电装备系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044 ；
Abstract: Power capacitors arc widely used in power system and arc the important primam equipment in power system. At present, there is a lack of mature and eCicient means to detect the insulation state of power capacitors. So a method based on polarization - depolarization current is proposed to detect the insulation state of power capacitors. The influence of polarization voltage and polarization time in polarization - depolarization current method on the judgment of insulation state is analyzedThe basic principle of polarization - depolarization current method is described, and then two characteristic parameters are de duced ,namely DC conductivity and dwlectric loss at 0. 1 Hz , which determine the insulation state of capacitors by using the measured polarization - depolarization current- Based on the theoa of thw method, the polarization and depolarization current curves of power capacitors under dWerent polarization vvltage and dWerent depolarization time are studied- The test results show that the polarization and depolarization currents of power capacitors ver under dWerent polarization vvltage and time, but DC conductivity and dielectric loss at 0. 1 Hz do not change significantly. It shows that the polarization - depolarization current method can detect the insulation state of power capacitors nondestructivey. Key words：power capacitor; polarization - depolarization current; DC conductivity; dielectric loss at 0. 1 Hz
TSC热激励去极化电流测量系统
TSDC/TSC 热激励去极化电流测量热激励去极化电流（thermally stimulated depolarization currents, 简写为TSDC 或TSC）是电介质材料在受热过程中建立极化态或解除极化态时所产生的短路电流。
试样的去极化电流随温度的变化关系，即为TSDC谱。
通过研究TSDC谱可以了解电介质材料中偶极子和可动离子的性质、激活能（或陷阱深度）、以及弛豫时间（寿命）等。
原理：介质材料在受热过程中建立极化态或解除极化态时所产生的短路电流。
基本方法是将试样夹在两电极之间，加热到一定温度使样品中的载流子激发，然后施加一个直流的极化电压，经过一段时间使样品充分极化，以便载流子向电极漂移或偶极子充分取向，随后立即降温到低温，使各类极化“冻结”，然后以等速率升温，同时记录试样经检流计短路的去极化电流随温度的变化关系，即得到TSDC谱。
特征：温度范围宽：- 160 ~ 400 ℃升降温速率快：(0.01 ~ 30)℃/min多种独立变量：温度、极化电压、极化时间、升降温速率等多种测量模式：热激励去极化、热激励极化、等温极化时域、等温电导率时域、等温弛豫谱、热窗弛豫谱多种测量参数：样品电流、电流密度、电荷变化、介电常数变化等全自动数据采集功能强大的在线测量软件WinTSC，可实时监测测量过程，记录和存储实验数据。
可将数据导出为ASCII格式，并能随时调取，还可以通过WinTSC软件将测得数据在线显示为2D/3D曲线。
典型应用：TSDC及相关技术被广泛应用于电力、绝缘、生物分子等领域，用于研究材料性能的一些关键因素，诸如分子弛豫、相转变、玻璃化温度等等，通过TSDC 技术也可以比较直观的研究材料的弛豫时间、活化能等相关的介电特性。
测试实例：PETP(Polyethylene terephthalate)的TSDC测量数据。
蝶形激光器TEC阻抗及热响应测试系统
1.1 课题相关背景介绍 .....................................................................................................1 1.2 课题的研究意义 ........................................................................................................2 1.3 课题的主要研究内容 ................................................................................................2 第二章 测试系统的架构 .........................................................................................................3 2.1 测试系统的组成 ........................................................................................................3 2.2 TEC 交流阻抗测试 .....................................................................................................4 2.3 热时间响应测试 ........................................................................................................8 2.4 本章小结 ..................................................................................................................10 第三章 热传导公式的优化和数学模型的建立 ................................................................... 11 3.1 热传导经验公式的改进 .......................................................................................... 11 3.2 热传导数学模型的建立 ..........................................................................................14
聚乙烯基吡咯烷酮驻极体的热刺激去极化电流分析
聚乙烯基吡咯烷酮驻极体的热刺激去极化电流分析时原【摘要】采用热刺激去极化电流法(TSDC)研究了聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)驻极体的放电原理.TSDC谱图上三个电流峰分别位于70℃,155℃和230℃附近.利用多点法拟合电流谱图后作出以下推论并进行了验证:70℃左右电流峰是来源于极性侧基运动的β峰;155℃左右则是α峰,来源于玻璃化转变时分子链段上偶极解取向,230℃左右为空间电荷ρ峰,机理是空间电荷被捕获在陷阱后受热发生的退陷阱.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)036【总页数】4页(P1-4)【关键词】驻极体;TSDC;PVP;玻璃化转变;陷阱【作者】时原【作者单位】西南民族大学预科教育学院,成都610041【正文语种】中文【中图分类】O631.23聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)不仅储存电荷的能力非常卓越，它还具备高导电性，PVP 与金属生成的电荷转移复合物是优良的导电性材料，在工业上有很高的应用价值［1—3］。
前人采用热刺激去极化电流法(TSDC)为主，并用DSC、介电等方法作为辅助［4—10］，在研究PVP 的玻璃化转变温度和相应的分子链段偶极松弛;以及温度低于玻璃化转变时的侧基松弛方面都取得了一定进展。
然而对于PVP 的TSDC 谱图并未有过深入分析，PVP 空间电荷峰方面的探讨更是相当缺乏。
实验中使用高于PVP 的玻璃化转变温度的185℃作为极化温度，防止了PVP 驻极体的极化不完全。
实验完成后在之前介电研究的基础上深入分析了PVP 驻极体的热刺激去极化电流谱［5］，在热刺激电流谱中230℃附近位置发现了空间电荷脱陷峰。
1 实验1.1 材料本实验中使用由合肥丰宝化工股份公司生产的聚乙烯基吡咯烷酮样品，粉末状，分子量45 000，玻璃化转变温度经DSC 测试是160℃。
1.2 聚合物膜的制备在100 mL 蒸馏水中放入15 g PVP 粉末，持续搅拌20～40 min 使之溶解完全，然后将溶液缓慢倾入四氟乙烯膜板中(模板须放置在经水平仪测量过的水平面上，以保证样品厚度均匀)，5～7 d 后得到PVP 薄膜约150 μm 厚。
TSC-热激电流仪
TSC-热激电流仪
佚名
【期刊名称】《现代科学仪器》
【年(卷),期】2003(000)004
【摘要】无
【总页数】2页(P71-72)
【正文语种】中文
【相关文献】
1.宽频介电谱仪热激励去极化电流功能研究 [J], 钱文虎;张勇
2.本征热激发载流子浓度与漏电流 [J], 关艳霞;揣荣岩;潘福泉
3.CdZnTe晶体热激电流谱分析 [J], 符旭;王方宝;徐凌燕;徐亚东;介万奇
4.高阻ZnO单晶的热激发光、热激电流及热电效应谱测量 [J], 李成基;李弋洋;曾一平
5.热激电流谱确定CZT:In中的陷阱能级(英文) [J], 南瑞华;介万奇;查钢强;白旭旭;王蓓;于晖
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
tsc数据处理
TSC数据处
一．数据处理所用公式
总电荷量计算公式δ为温度上升速率
∆半峰值对应的温度宽度陷阱深度计算公式，T m为峰值对应的温度，T
差，k为玻尔兹曼常数。
二．程序解读
读取数据
这段不懂
将温度取整数
将相同温度所对应的数据放入一个列表c的同一行中
因为正常的去极化电流应该是负极性的因此将所有极化电流值为正极性的数据去除。
分别求出每个温度所对应的方差
删除过于离散的数据(根据？)
求每个温度的数据的平均值
对院士数据分别进行最小二乘法拟合、多项式拟合、小波去噪拟合，并画出相应的曲线。
分别存储三种拟合后的图形对应的数据
求出总电荷量
利用半峰值法求得陷阱深度二．操作步骤
1.将TSC处理程序和所要处理的数据放入同一个文件夹中。
2.将处理数据的matlab程序打开
3将a=dlmread(' ');的引号中添加所要处理的数据文件
4.在ABC=[ :0.01: ]; 的左右分别填入形成峰值的其实点温度和终止点温度
5运行程序，将在command window窗口得到陷阱的电荷量和陷阱深度。
并在所在文件夹生成经过最小二乘法处理的数据文件average22.txt，经过多项式拟合得到的数据文件poly22.txt，经过小波拟合得到的数据文件xiaobo22.txt。
并生成相应的拟合曲线图
4.遇到的问题
当处理的数据不太规律时，该程序将无法对其进行处理。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
TSDC/TSC 热激励去极化电流测量
热激励去极化电流（thermally stimulated depolarization currents, 简写为TSDC 或TSC）是电介质材料在受热过程中建立极化态或解除极化态时所产生的短路电流。
试样的去极化电流随温度的变化关系，即为TSDC谱。
通过研究TSDC谱可以了解电介质材料中偶极子和可动离子的性质、激活能（或陷阱深度）、以及弛豫时间（寿命）等。
原理：
介质材料在受热过程中建立极化态或解除极化态时所产生的短路电流。
基本方法是将试样夹在两电极之间，加热到一定温度使样品中的载流子激发，然后施加一个直流的极化电压，经过一段时间使样品充分极化，以便载流子向电极漂移或偶极子充分取向，随后立即降温到低温，使各类极化“冻结”，然后以等速率升温，同时记录试样经检流计短路的去极化电流随温度的变化关系，即得到TSDC谱。
特征：
温度范围宽：- 160 ~ 400 ℃
升降温速率快：(0.01 ~ 30)℃/min
多种独立变量：温度、极化电压、极化时间、升降温速率等
多种测量模式：
热激励去极化、热激励极化、等温极化时域、
等温电导率时域、等温弛豫谱、热窗弛豫谱
多种测量参数：样品电流、电流密度、电荷变化、介电常数变化等
全自动数据采集功能
强大的在线测量软件WinTSC，可实时监测测量过程，记录和存储实验数据。
可将数据导出为ASCII格式，并能随时调取，还可以通过WinTSC软件将测得数据在线显示为2D/3D曲线。
典型应用：
TSDC及相关技术被广泛应用于电力、绝缘、生物分子等领域，用于研究材料性能的一些关键因素，诸如分子弛豫、相转变、玻璃化温度等等，通过TSDC 技术也可以比较直观的研究材料的弛豫时间、活化能等相关的介电特性。
测试实例：
PETP(Polyethylene terephthalate)的TSDC测量数据。