不同厚度和不同極化/去極化程度對擊穿電壓特性的影響：

為了分析極化/去極化程度對聚丙烯薄膜擊穿特性的影響,，對不同極化/去極化時間(Oh,2h,6h,10h)的厚度為100um的試樣在電極間距為4mm的針一棒電極下進(jìn)行擊穿實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過韋伯分布處理后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示,，隨著極化/去極化時間的增加,，擊穿電壓呈現(xiàn)下降的趨勢，由0h的13.86kV下降到10h的11.75kV,。由于極化/去極化過程中的電荷注入,，聚丙烯薄膜的晶體結(jié)構(gòu)被破壞和減小，極化/去極化對非結(jié)晶區(qū)的影響更為顯著,，從而導(dǎo)致電場強(qiáng)度的降低,。此外，在聚合物表面上產(chǎn)生的電荷提高了電極連接處的電場強(qiáng)度,，并導(dǎo)致?lián)舸╇妷旱南陆怠?/span>

圖1

為了分析試樣厚度對聚丙烯薄膜擊穿特性的影響,，對不同極化/去極化時間的厚度分別為20um和60um的試樣在電極間距為4mm的針一棒電極下進(jìn)行擊穿實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過韋伯分布處理后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示,，同樣可以看出隨著極化/去極化時間的增加，擊穿電壓呈現(xiàn)下降的趨勢,?？梢娋郾┙^緣的極化/去極化程度與擊穿電壓有一定的線性關(guān)系，大分子發(fā)生斷鍵,，產(chǎn)生大量的小分子,，使非結(jié)晶區(qū)更加不均勻，導(dǎo)致其承受的電場相對較大而更容易發(fā)生擊穿,。隨著極化/去極化程度的加劇,，這種效應(yīng)更加明顯。另外,，隨著試樣厚度的增加,，擊穿電壓也隨之增加。這主要是因?yàn)樵隗w積效應(yīng)的作用下,，接觸點(diǎn)處的電場應(yīng)力隨著勢壘厚度的增加而減小,，對于更厚的固體勢壘這意味著需要更高的外加電壓來提高電離過程,，以便提高接觸點(diǎn)處的電場應(yīng)力以達(dá)到擊穿條件。本文也對60um和100um厚度的試樣在不同極化/去極化時間的擊穿電流進(jìn)行了處理分析,，如圖3所示,，隨著極化/去極化時間的增加，擊穿電流呈現(xiàn)下降的趨勢,，這歸因于極化/去極化程度的加劇,，使聚丙烯薄膜擊穿變得更加容易。同時可看出,，隨著試樣厚度的增加,，擊穿電流也呈現(xiàn)出增長的趨熱。

圖2

圖3

利用canny算子的圖像提取方法對不同厚度的聚丙烯薄膜在不同極化/去極化時間的擊穿孔進(jìn)行計(jì)算分析,，如圖4所示,，隨著極化/去極化時間的增加，擊穿孔面積表現(xiàn)出顯著的下降趨勢,。再利用灰度共生矩陣的圖像提取方法對聚丙烯薄膜在不同極化/去極化時間的擊穿孔和碳化區(qū)進(jìn)行計(jì)算分析,，從圖5同樣可以看出角二階矩陣隨著極化/去極化時間的增加而下降，且對于越薄的薄膜下降趨勢更加迅速,。這主要是因?yàn)榫郾┍∧ぴ跇O化/去極化作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和結(jié)構(gòu)變化,，形成低密度區(qū)和小分子。因此,，導(dǎo)電電子和離子在薄膜的導(dǎo)電能級中明顯增加,。在直流電場的作用下，導(dǎo)電電子可以獲得足夠的能量來破壞晶體結(jié)構(gòu),，從而容易發(fā)生擊穿,。由于介質(zhì)擊穿和介電性能取決于薄膜的結(jié)構(gòu)，隨著極化/去極化時間的增加,，晶體結(jié)構(gòu)的破壞程度增強(qiáng),，所需的擊穿能量減少，同時擊穿電流的減小使得焦耳熱對薄膜擊穿形貌的影響變小,，從而導(dǎo)致?lián)舸┛酌娣e和角二階矩陣的減小,。另外，隨著試樣厚度的增加,，擊穿孔面積和角二階矩陣均呈現(xiàn)出下降的趨勢,。雖然越厚的薄膜由于有著更高的擊穿電壓和擊穿電流而產(chǎn)生更多的能量，但是更大的體積可以很好地阻止熱量的傳導(dǎo)和擴(kuò)散,，從而保護(hù)薄膜的結(jié)構(gòu),。

圖4

圖5