雷清泉院士_电介质中的空间电荷效应
高电压技术_1到8章_课后习题答案
1-1气体放电过程中产生带电质点最重要的方式是什么，为什么？答: 碰撞电离是气体放电过程中产生带电质点最重要的方式。
这是因为电子体积小，其自由行程(两次碰撞间质点经过的距离)比离子大得多，所以在电场中获得的动能比离子大得多。
其次．由于电子的质量远小于原子或分子，因此当电子的动能不足以使中性质点电离时，电子会遭到弹射而几乎不损失其动能；而离子因其质量与被碰撞的中性质点相近，每次碰撞都会使其速度减小，影响其动能的积累。
1-2简要论述汤逊放电理论。
答: 设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电子到达阳极表面时由于α过程，电子总数增至d e α个。
假设每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（d e α－1）个正离子。
这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．按照系数γ的定义，此（d e α－1）个正离子在到达阴极表面时可撞出γ（d e α－1）个新电子，则(d e α-1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达到自持放电。
即汤逊理论的自持放电条件可表达为r(d eα-1)=1或γde α＝1。
1-3为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？答:（1）当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒运动，进入强电场区，开始引起电离现象而形成电子崩。
随着电压的逐渐上升，到放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中形成相当多的电子崩。
当电子崩达到棒极后，其中的电子就进入棒极，而正离子仍留在空间，相对来说缓慢地向板极移动。
于是在棒极附近，积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而略为加强了外部空间的电场。
这样，棒极附近的电场被削弱，难以造成流柱，这就使得自持放电也即电晕放电难以形成。
（2）当棒具有负极性时，阴极表面形成的电子立即进入强电场区，造成电子崩。
当电子崩中的电子离开强电场区后，电子就不再能引起电离，而以越来越慢的速度向阳极运动。
压电光催化屏蔽电荷效应
压电光催化屏蔽电荷效应
首先，让我们从压电效应开始讨论。
压电效应是指某些晶体在受到机械应力作用时会产生电荷分离的现象。
这意味着当施加压力或扭转晶体时，晶体内部的正负电荷会分离，从而产生电压。
这种现象在传感器、振动器和声波设备中得到广泛应用。
接下来，我们来谈谈光催化作用。
光催化是一种利用光能促进化学反应的过程。
在光照的作用下，光催化材料表面会发生光生电荷分离，从而促进化学反应的进行。
光催化在环境净化、水分解和光催化剂制备等领域具有重要应用。
然后，我们来探讨屏蔽效应。
屏蔽效应是指当外部电场或磁场作用于物体时，周围的其他物体或介质会减弱或阻挡该场的传播。
这种效应在电磁学和电子学中有着广泛的应用，例如在电磁屏蔽材料的设计和应用中起着重要作用。
最后，我们来谈谈电荷效应。
在物理学中，电荷效应是指电荷之间的相互作用所产生的现象。
电荷效应包括静电吸引和排斥、电场的形成和电荷的运动等。
这些效应在电磁学和电子学中有着重要的应用，例如在电路设计和电磁场模拟中起着关键作用。
综上所述，压电光催化屏蔽电荷效应涉及到压电效应、光催化作用、屏蔽效应和电荷效应等多个方面的知识。
研究人员正在努力探索这些现象之间的相互关系，并寻求在能源、环境和材料科学等领域的应用。
希望这些信息能够为你提供一些启发。
最新高电压工程答案(清华大学版)
高电压工程课后答案1.1空气作为绝缘的优缺点如何？答：优点：空气从大气中取得，制取方便，廉价，简易，具有较强的自恢复能力。
缺点：空气比重较大，摩擦损失大，导热散热能力差。
空气污染大，易使绝缘物脏污，且空气是助燃物当仿生电流时，易烧毁绝缘，电晕放电时有臭氧生成，对绝缘有破坏作用。
1.2为什么碰撞电离主要是由电子而不是离子引起？答：由于电子质量极小，在和气体分子发生弹性碰撞时，几乎不损失动能，从而在电场中继续积累动能，此外，一旦和分子碰撞，无论电离与否均将损失动能，和电子相比，离子积累足够造成碰撞电离能量的可能性很小。
1.5负离子怎样形成，对气体放电有何作用？答：在气体放电过程中，有时电子和气体分子碰撞，非但没有电离出新电子，碰撞电子反而别分子吸附形成了负离子，离子的电离能力不如电子，电子为分子俘获而形成负离子后电离能力大减，因此在气体放电过程中，负离子的形成起着阻碍放电的作用。
1.7非自持放电和自持放电主要差别是什么？答：非自持放电必须要有光照，且外施电压要小于击穿电压，自持放电是一种不依赖外界电离条件，仅由外施电压作用即可维持的一种气体放电。
1.13电晕会产生哪些效应，工程上常用哪些防晕措施？答：电晕放电时能够听到嘶嘶声，还可以看到导线周围有紫色晕光，会产生热效应，放出电流，也会产生化学反应，造成臭氧。
工程上常用消除电晕的方法是改进电极的形状，增大电极的曲率半径。
1.14比较长间隙放电击穿过程与短间隙放电放电击穿过程各有什么主要特点？答：长时间放电分为先导放电和主放电两个阶段，在先导放电阶段中包括电子崩和流注的形成和发展过程，短间隙的放电没有先导放电阶段，只分为电子崩流注和主放电阶段。
2.1雷电放电可分为那几个主要阶段？答：主要分为先导放电过程，主放电过程，余光放电过程。
2.4气隙常见伏秒特性是怎样制定的？如何应用伏秒特性？答：制定的前提条件是①同一间隙②同一波形电压③上升电压幅值。
当电压较低时击穿发生在波尾，取击穿时刻t1作垂线与此时峰值电压横轴的交点为1，当电压升高时，击穿也发生在峰值，取击穿时刻的值t2作垂线与此时峰值电压横轴的交点为2，当电压进一步升高时，击穿发生在波前，取此时击穿时刻t3作垂线与击穿电压交点为3，连接123应用：伏秒特性对于比较不同设备绝缘的冲击击穿特性有重要意义，如果一个电压同时作用于两个并联气隙s1和s2上，若某一个气隙先击穿了，则电压被短接截断，另一个气隙就不会击穿。
空间电荷区内电场的作用
空间电荷区内电场的作用
空间电荷区内的电场可以对其他电荷施加力，使其发生相互作用。
电场中的带电粒子会受到电场力的作用，从而发生加速或减速。
根据库仑定律，电场力与电荷的大小和位置有关，所以不同位置的电荷会受到不同大小和方向的力，从而引起运动和变形。
此外，空间电荷区内的电场还可以对电子束和其他带电粒子的轨迹进行控制和调整，用于电子显微镜、电子注入器等实验装置中。
还有，空间电荷区内的电场还可以对光的传播产生影响，例如在光纤中，电场可以改变光的相速度和群速度，影响光信号的传输和调制。
高电压技术综合复习资料
《高电压技术》综合复习资料《高电压技术》综合复习资料2011年05月23日《高电压技术》综合复习资料一、填空题（占40分）1、汤逊理论主要用于说明短气隙、低气压的气体放电。
2、“棒—板”电极放电时电离总是从棒电极起先的。
3、正极性棒的电晕起始电压比负极性棒的电晕起始电压高，缘由是正极性棒的空间电荷减弱了旁边的场强，而加强了电荷的外部空间的电场，负极性棒正好相反。
4、电力系统中电压类型包括工频电压、直流电压、雷电冲击电压和操作冲击电压等4种类型。
5、在等于 0.33 时同轴圆筒的绝缘水平最高，击穿电压出现最大值。
6、沿面放电包括沿面滑闪和沿面闪络两种类型。
7、电介质的电导包括离子电导和电子电导两种类型，当出现电子电导时电介质已经被击穿。
8、弱极性液体介质包括变压器油和硅有机液体等，强极性液体介质包括水和乙醇（至少写出两种）。
9、影响液体介质击穿电压的因素有_电压形式的影响、温度、含水量、含气量的影响、杂质的影响油量的影响（至少写出四种）。
10、三次冲击法冲击高电压试验是指分别施加三次正极性和三次负极性冲击电压的试验。
11、变压器油的作用包括绝缘和冷却。
12、绝缘预防性试验包括绝缘电阻、介质损耗角正切、泄露电流的测量、局部放电测试和绝缘油的电气试验等。
高电压试验包括工频高压试验、直流高压试验和冲击高电压试验等。
13、雷电波冲击电压的三个参数分别是波前时间、半波时间和波幅值。
14、设备修理的三种方式分别为故障修理、预防修理和状态修理。
15、介质截至损耗角正切的测量方法主要包括西林电桥法和不平衡电桥法两种。
16、影响金属氧化物避雷器性能劣化的主要是阻性泄露电流。
17、发电厂和变电所的进线段爱护的作用是降低入侵波陡度和降低入侵波幅值。
18、小波分析同时具有在时域范围和频率范围内对信号进行局部分析的优点，因此被广泛用于电力系统局部放电的检测中。
电源的概念：电源是供应电压的装置，把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源19、电力系统的接地按其功用可为工作接地、爱护接地和防雷接地三类。
“第十八届全国电介质物理、材料与应用学术会议”暨“第二十届全国电子元件与材料学术大会”顺利召开
第十八届全国电介质物理材料与应用学术会议暨 第二十届全国电子元件与材料学术大会顺利召开
年月日第十八届全国电介质物理材料与应用学术会 议暨第 二十 届全 国电 子 元 件 与 材 料 学 术 大 会 在 西 安 隆 重 开 幕 中 国 工 程 院 院 士 雷 清 泉 周 济 和 科 学 院 院 士 南 策 文 以及中国电子元件行业协会秘书长古群西安交通 大 学 王 树 国 校 长陕 西 师 范 大 学 校 长党 委 副书记游旭群出席会议来自全国百余所高校科 研 院 所 以 及 企 业 千 余 名 代 表 等 参 加 了 会 议与工程学院院长 陈新兵主持
此次会议由中国物理学会电介质物理专业委 员 会 和 中 国 电 子 学 会 元 件 分 会 联 合 主 办陕 西师范大学材料科学与工程学院物理学与信息 技术学 院 和 广 东 风 华 高 科 新 型 电 子 元 器 件 关 键 材 料 与 工 艺 国 家 重 点 实 验 室 承 办 西 安 交 通 大 学 电 子 陶 瓷 与 器 件 教 育 部 重 点 实 验 室 西 北 工 业 大 学 材 料 学 院 陕 西 科 技 大 学 山 东 国 瓷 功 能 材 料 股 份 有 限 公 司 协 办
中 国 物 理 学 会 电 介 质 物 理 专 业 委 员 会 举 行 颁 奖 仪 式 仪 式 由 专 业 委 员 会 副 主 任 委 员 四 川 大 学 朱 建 国 教 授 主 持 雷 清 泉 院 士 哈 尔 滨 理 工 大 学 殷 庆 瑞 研 究 员 中 科 院 上 海 硅 酸 盐 研 究 所获本届终身成就奖周济院士清华大学罗 豪盨 研究员中 科 院 上 海 硅 酸 盐 研 究 所获 本 届杰出贡献奖易志国研究员中科院上海硅酸 盐研 究所郝 喜 红 教 授内 蒙 古 科 学 技 术 研 究 员 赵 晋 津 教 授 石 家 庄 铁 道 大 学 廖 敏 教 授 西 安 电 子 科 技 大 学 获 本 届 优 秀 青 年 奖
环境空间电荷的产生及其对气体电晕放电的影响
环境空间电荷的产生及其对气体电晕放电的影响摘要：在对针板模型施加直流偏置电压的过程中，当环境为密闭空间时，大量的空间电荷随着单一极性的放电而在周围空间形成集聚，一定浓度的环境空间电荷将会对后续放电产生影响。
本文阐述了空气中电晕放电单极性空间电荷的产生过程以及其浓度变化关系，分析并验证了空间电荷对针板电晕放电的影响。
1迁移区空间电荷对放电的影响在电晕放电过程中，由于放电电极暴露在空气中，与离子的复合相对容易。
在场强极不均匀的针极处，异极性离子迅速中和而在迁移区留下大量同极性的迁移离子。
迁移区场强较弱且距离很长，同极性离子在迁移区形成了特定的运动规律，因此电晕放电脉冲表现出与其他类型放电不同的典型放电特征：在一定电压范围内，电晕放电量，脉冲间隔时间相对更集中。
Trichel注意到规则的负电晕脉冲总是由电极表面上某一特殊的点或区域触发。
Gall在实验中发现，电晕放电过程中在尖端处存在极其狭窄地明亮地电离通道，其起始端正是电极尖端上的某一特殊的点。
稳定的电晕脉冲在针极某平坦趋于开始，向阳极形成一个明亮且极窄的电离通道，直径D约为1μm，长度约为10μm。
末端连接电晕辉光，较暗环境能够通过肉眼观察。
尖端表面场强由外加电压，即针极表面的电荷密度决定，电晕放电瞬间，异极性空间电荷进入针极将使表面电荷密度降低，尖端表面场强在电源电流补充较慢时会有一定的削弱，与此同时，迁移区大量同极性空间电荷将显著削弱电离区的场强，二者共同作用使得电离区场强迅速降低而放电停止。
随着迁移区离子逐渐迁移至板极，尖端附近场强重新达到空气临界击穿场强Ec而产生下一次放电。
电离区场强由表面电场强度及空间电荷在电离区形成的畸变场强同决定，可由公式(1.1)表示。
(1.1)在电源功率较大且外加电压不变的情况下，可以认为的大小为恒定值。
电离区场强将由迁移空间电荷场强唯一决定。
由于与反相，随着空间电荷的迁移，电离区场强恢复到空气临界击穿场强，下一次电离将随时可能发生。
聚合物电介质的击穿与空间电荷的关系_郑飞虎
第24卷 第2期Vol 24 No 2材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science &Engineering总第100期Apr.2006文章编号:1673 2812(2006)02 0316 05聚合物电介质的击穿与空间电荷的关系郑飞虎,张冶文,肖 春(同济大学波耳固体物理研究所,上海 200092)摘 要 空间电荷是聚合物在交流或直流高压作用下发生老化和击穿的主要原因之一,以往的研究基本认为由于空间电荷的注入并集聚使介质内部电场严重畸变,从而使介质老化最终引起击穿,相应的解释模型都是在有外加电场作为前提建立的。
但是,根据最新的实验研究发现,外加电场并不是介质击穿的必要条件,介质的击穿可以发生在空间电荷的脱阱过程中而与外加电场无关。
本文阐述了空间电荷与绝缘高聚物的老化和击穿的关系,并且结合最新的研究成果,揭示了介质内部空间电荷的存在是击穿的重要条件,而且击穿是发生在空间电荷的脱阱过程中。
关键词 空间电荷;击穿;聚合物中图分类号:TM215 文献标识码:ARelationship between Breakdown in PolymerDielectrics and Space ChargeZHENG Fei hu,ZHANG Ye wen,X IAO C hun(Pohl Institute of Solid State Physics,Tongji University,Shanghai 200092,China)Abstract Under AC or DC stress,space charge is one of main causes of aging and breakdown in polymers.Previous research work considered that space charge i njection and accu mulation in dielectrics could seriously deform dielectric in ternal electric field,and ulti mately led to aging or breakdown.Corresponding interpretive models for these phenomena took applied field as precondition.Bu t,according to latest research achievement,it finds that applied field is not a necessary condition.Dielectrics breakdown can also occur during the detrapping process of space charge wi thou t applied field.This investigati on summarizes the relationship between space charge and aging or breakdown in polymers.It clarifies that space charge is a vi tal condition for dielectrics breakdown and detrapping process of space charge can lead to dielectrics breakd own.Key w ords space charge;breakdown;polymers收稿日期:2005 06 14;修订日期:2005 07 29基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.50277026),国家重点基础研究发展规划资助项目(No.2001C B610406)作者简介:郑飞虎(1974-),男,同济大学博士研究生,研究方向:介电材料及其应用。
- 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)。
2）化学与物理吸附，双（偶）电层，依据两相的电负性交换电荷。
3）摩擦，流动带电、机加、挤出、压制等。
哈尔滨理工大学
电介质中的空间电荷效应
2．电极发射 1） 热电子发射
J T AT 2 exp( m
kT
kT
)
PF 2s
电介质中的空间电荷效应
4．环境辐射效应 吸潮，物理及化学吸附，空间电磁环境，真空等。 1）低能（非电离）电磁辐射，光（红外、可见、紫外）0-40eV。 2）高能（电离）辐射、原子或原子核过程产生的辐射，包括X射线、γ射线、快 电子、重带电粒子（α粒子、质子）、重离子、中子、电子束、离子束等。 3）辐射的作用：电子、离子→电导，俘获，受激分子、激子、激子电离→电 导，发光→老化，自由基→化学反应、老化。 （1） 光电子效应， h 激子生成，
J 0 A' (T ) E 2 exp(
B ) E
1）杂质离子移动形成异极性SC 2）电子碰撞电离 3）从陷阱中释放 4）隧道效应
n ~ exp(d ) ~ exp[ 0 d exp(
n ~ nt exp( PF E
n ~ AE 2 exp( B ) E
Ui )] eEi
(5) (6) (7) 哈尔滨理工大学
m
h E g
（2） 辐射感应电导，光驻极体哈尔滨理ຫໍສະໝຸດ 大学电介质中的空间电荷效应
5．电场效应：直流,同极,异极电荷,工频交流,载流子注入与抽出,产生应力应变。
图1 SC对电场分布的影响
哈尔滨理工大学
电介质中的空间电荷效应
6．非均匀（复合）电介质 1） MW界面极化(体内或M-I界面) 2）不均匀性 温度 T
x
；电性能 r (T )
, (T )； 电荷 x 、 电场 x x
E
x
(8) (9)
。
电流密度方程式 电位移方程式
· J · E E·
· D 0 E 0 E·
0 ） · E
（ 0 局部电荷密度方程式
哈尔滨理工大学
电介质中的空间电荷效应
8. PWM作用 (dV dt 1 20 kV S ) 下SC形成 如图所示 , 低频正弦电压极化， 正、负半周，电极电荷极性反转。 PWM电压，由于电压突然反转， 导致特定符号的自由电荷再吸收，但 电荷符号与束缚电荷的相反，此时两 种类型电荷共存。松弛时间快的偶极 子对SC 无贡献，慢的对 SC 有贡献， 形成“宏观”偶极子 . 极性反转时， 重复上述现象，最终造成表面电荷积 累，因此在表面存在三种电荷：自由 电荷、束缚电荷（极化）、阻挡电荷 ，源于PWM极性反转太快。
图2 正弦与PWM电压作用的极化模型
哈尔滨理工大学
电介质中的空间电荷效应
三、 SC的极性和分布
1．按邻电极的符号，分为同极性与异极性电荷。
图3 真空二极管中SC、电位及电场分布
哈尔滨理工大学
电介质中的空间电荷效应
2．空间（位置）：体、表、箱、薄层、δ 分布。
3． 时间：动力学过程、电极接触、电荷产生释放、扩散、受陷、退陷、复合等。
电介质中的空间电荷效应
一、概述
1、定义：空间电荷（Space charge-SC）通常是指局部空间内存在的一种正或负 的净电荷。可呈点、线、面及体分布。在与半导体与绝缘体有关的许多情况 下都会出现空间电荷。 2、SC的类型：电子型、空穴型、离子型、偶极子型、极化子型和等离子体型。 3、固体：定域态、陷阱、局域能级，代表干扰晶体周期性势场的物理及化学 结构缺陷（前者阱深0.5-1.5eV，后者可达3-8eV）、杂质在禁带内构成的 能级、表面态、表面偶极子态、体内偶极子态、体内分子离子态、杂质、 端链、支链、叠链、晶区-非晶区边界、断键、极化子态、局域密度涨落等。 杂质、添加剂、反应附产物，既可接受注入电荷，又可通过化学作用，增 加电荷注入。
f
t
E( x, t )
x
en( x, t )
0
(12)
（1）迁移项、（2）扩散项、（3）复合项、（4）杂质电离项、（5）再俘获项、 （6）退陷项。
哈尔滨理工大学
电介质中的空间电荷效应
4．能量：深陷阱（>1.5eV）、浅陷阱（<0.5eV）、复合中心、划界能级。
1）单一陷阱能级分布， ( E Et )
)
1 2
(高温区) (1)
(中场区)
3 e E ( ) 2） 场助热电子发射 J E JT exp( s ) s 4 0 kT
(2)
3）Fowler-Nordheim发射 J E A' E 2 exp( B )
E
(高场区) (3)
(中温区 ) (4)
4）热助场电子发射 3．体内SC
n ( x , t )
t
(T )n( x, t ) E ( x, t )
r (T ) p( x, t )n( x, t ) x x 2 (11) 1 1 (T )nt ( x, t ) n( x, t ) nt ( x, t )
Dn (T ) 2 n( x, t )
(10)
哈尔滨理工大学
电介质中的空间电荷效应
7、 非线性光析变材料(-OEO材料) 通过光生载流子，在偏压电场或SC自身电场作用下，形成 ( x) 空间调制的 周期分布。 条件：光生载流子，光电导；电荷在外场或自建场中分离运动，形成周期 性SC分布；周期场调制材料的光折射率（EO效应），形成位相光栅。 应用：全息实时存储、光象放大器、振荡器、相位共轭器、空间调制器、 光学信息处理及光学计算技术等。 问题：探索陷阱中心的化学本质，陷阱深度及密度同光析变效应的关系， 以及如何稳定陷阱结构等。
哈尔滨理工大学
电介质中的空间电荷效应
4、液体：电极附近的双电层 5、气体：雪崩，正离子 。
哈尔滨理工大学
电介质中的空间电荷效应
二、SC的形成
1 接触 1） 电接触（M-I，M-S体系） 中性接触： m i 欧姆接触： m i ，无界面电荷； ，注入接触（电子）、电子积累层；
m i ，注入接触（空穴）、空穴积累层；