热激励去极化电流(TSDC)测量的原理

1. 基本原理概述

• 热激励去极化电流（TSDC）测量的基本原理是基于电介质的极化和去极化过程。当在电介质材料上施加一个电场时，材料内部的偶极子（具有正负电荷中心不重合的分子或离子团）会在电场作用下发生取向排列，同时电荷也会在材料内部的陷阱（可以捕获电荷的局部能量状态）中积累，这个过程称为极化。

• 当电场移除后，这些被极化的偶极子和被捕获的电荷会逐渐恢复到原来的状态，这一过程称为去极化。在去极化过程中，会产生一个随时间变化的电流，即去极化电流。热激励去极化电流测量就是通过对这个去极化电流的检测和分析来获取材料的相关信息。

2. 极化过程细节

• 极化过程中，电介质材料内部的偶极子会受到电场力的作用而发生旋转。对于具有不同极化机制的材料，偶极子的响应方式有所不同。例如，在取向极化中，具有偶极矩的分子会在电场作用下克服热运动的干扰，逐渐沿电场方向排列。以水分子为例，水分子是极性分子，其偶极矩为 1.85D（德拜），在电场作用下，水分子的氢端会指向电场的负极，氧端指向电场的正极。

• 同时，材料内部的可动离子也会在电场作用下发生迁移。这些离子会被材料中的陷阱捕获，形成空间电荷极化。例如在一些陶瓷材料中，掺杂的杂质离子可能会在晶界等缺陷处形成陷阱，当施加电场时，材料内部的载流子（如电子、离子）会被这些陷阱捕获，从而产生极化现象。

  
  

  北京华测试验仪器有限公司专业研发生产高压油浴极化装置，多通道，可定制。

3. 去极化过程与电流产生

• 当极化后的材料被加热时，温度的升高会为偶极子和被捕获的电荷提供能量，使它们能够克服原来的束缚，恢复到随机分布的状态。这个过程中，偶极子的重新取向和电荷从陷阱中的释放会导致电流的产生。

• 根据热激活理论，去极化电流与温度之间存在一定的关系。去极化电流密度可以用以下公式表示：，其中是一个与材料和实验条件有关的常数，是激活能（表示偶极子或电荷从束缚状态释放所需的能量），是玻尔兹曼常数，是绝对温度。

• 随着温度的升高，去极化电流会先增大后减小。在开始阶段，温度升高使得越来越多的偶极子和电荷能够获得足够的能量进行去极化，电流增大；当大部分偶极子和电荷都完成去极化后，电流就会逐渐减小。通过测量不同温度下的去极化电流，就可以得到 TSDC 谱（电流 - 温度曲线），这个谱图包含了材料的极化机制、陷阱深度、载流子浓度等多种信息。

4. 测量系统组成与操作

• TSDC 测量系统主要由加热装置、电极系统、电流检测装置和温度控制与记录装置等部分组成。首先将样品放置在电极之间，施加一个极化电场对样品进行极化，极化时间通常根据材料和实验要求而定，一般在几分钟到几小时之间。

• 极化完成后，迅速切断电场，然后以一定的升温速率对样品进行加热，同时用高灵敏度的电流检测装置记录去极化电流随温度的变化。升温速率的选择也很关键，不同的升温速率可能会影响 TSDC 谱的形状和特征峰的位置。例如，较低的升温速率可以使谱图中的峰更加尖锐，有利于准确分析材料的特性。

  
  

  北京华测试验仪器有限公司专业研发生产热激励去极化电流（TSDC）测量设备。
  

原创作者：北京华测试验仪器有限公司