Volta - исследование электрофизических характеристик.

Как-то во время обсуждения нового пластика Total от Filamentarno! всплыла фраза о возможных электрофизических характеристиках пластиков. Для анализа был предложен пробник нового пластика Volta.

Ниже представлены результаты экспериментального изучения поведения электрофизических характеристик пластика Volta от частоты. Измерение частотных зависимостей импеданса проводилось на анализаторе спектров Agilent E5061B в диапазоне частот от 1кГц до 100MГц, методом измерения полного комплексного сопротивления Z = Z′−iZ′′ измерительной ячейки, выполненной в виде плоского конденсатора. Ячейка представляла собой металлизированную с двух сторон пластину диаметром около 12 мм, толщиной 1 мм заполненного пластиной из пластика. Образцы были напечатаны соплом 0.6 мм, 2 периметра, 2 слоев толщиной 0.2мм. Количество верхних и нижних завершающих слоев 0. Разница определялась паттерном 100% заполнения.

В измерениях были использованы пластины двух видов:1) Заполнение линейной перпендикулярной сеткой (фото с двух сторон). Диаметр 12.5 мм, толщина после шлифовки 1.05 мм2) Заполнение выполнено в виде спирали (фото с двух сторон). Нанесение слоев совпадает по всей толщине детали. Диаметр 12.6 мм, толщина после шлифовки 1.09 ммНа фото видны остатки индиевых обкладок в виде белых блестящих областей и точек.

Ниже на рисунках представлены результаты слева для образца конфигурации 1, справа для образца 2. Частоты f даны в Гц, сопротивления в Ом.

Частотная зависимость действительной части импеданса Z′ — верхняя кривая, а мнимая часть Z′′ — нижняя кривая. Хорошо просматривается четко выраженное снижении действительной части на частотах выше 1 МГц, тогда как мнимая часть до частот 100 кГц практически отсутствует имеет не ярко выраженный максимум на частоте 10 МГц.Факт уменьшения вклада проводимости в процессе диэлектрической поляризации пластика на высоких частотах подтверждает частотная зависимость тангенса угла диэлектрических потерь tg δ( f ), который определяется как отношение

действительной компоненты импеданса Z′ = |Z| cos ϕ к его мнимой компоненте Z′′ = −|Z| sin ϕНа рисунке ниже представлены частотные зависимости модуля импеданса |Z|( f ) в емкостной измерительной ячейке с исследуемым пластиком, имеющей электроды из индия. Зависимости сняты при температуре t = 22◦C.Частотные зависимости емкости.Частотные зависимости действительных и мнимых компонент диэлектрической проницаемости рассчитанных из спектров импеданса, снятых при температуре t = 22◦C.Далее представлены частотные зависимости сопротивления электрической модели R(t).Частотные зависимости действительных и мнимых компонент удельной проводимости, рассчитанные из спектров импеданса, снятых при температуре t = 22◦C.Для интерпретации электрофизических процессов, происходящих в исследуемом материале в переменном электрическом поле, удобно анализировать измеренные спектры импеданса, изобразив их в виде диаграммы Коул-Коула, представляющей собой зависимость мнимой компоненты импеданса Z′′ от его действительной компоненты Z′. Такой вид диаграммы свидетельствует о существовании в материале только одного механизма проводимости и одного времени релаксации. Для Volta диаграмма Коул-Коула выглядит так.

Для справки: диаграмма Коул–Коула – это представление диэлектрической дисперсии в виде графика зависимости мнимой составляющей комплексной диэлектрической проницаемости от действительной при различных частотах. При одном времени релаксации геометрическое место точек ɛ', ɛ ' для различных частот, представляет собой полуокружность, центр которой лежит на действительной оси в точке с координатой ɛ' = (ɛс+ ɛ∞)/2. При наличии диполей с распределенными временами релаксации зависимость ɛ' от ɛ' для различных частот, изображается дугой окружности с центром, лежащим ниже оси ɛ'. Угол, образуемый осью ' и прямой, соединяющей точку ɛ' = ɛ∞ и центр окружности, равен a π/2 и характеризует, таким образом, интервал распределения времен релаксации.

Выводы

Анализируя приведенные графики, очевиден вывод, что на частотах ниже 1МГц характеристики пластика не зависят от частоты, а вот выше наблюдается очень интересная и перспективная в плане практических приложений, частотная дисперсия свойств.

С одной стороны, как и следовало ожидать, качественное частотное поведение характеристики не зависит от паттерна заполнения, т.е. кривые для заполнения сеткой и спиралью ведут себя одинаково. Однако при внимательном рассмотрении можно увидеть минимальные количественные различия. Это означает, что меняя паттерн заполнения в небольших пределах возможна небольшая вариация характеристик в нужную сторону.

В общем пластик получился очень интересным и перспективным в плане различных высокочастотных приложений.