Кіріспе

Электр зарядын ұстап тұратын зат. Электрет ("электр" сөзінен және "магнит" сөзінен жасалған қосымша сөз) – квазитұрақты электрлік поляризацияға ие диэлектрлік материал. Электрет ішкі және сыртқы электр өрістеріне ие, және тұрақты магниттің электростатикалық баламасы болып табылады. Электрет терминін Оливер Хевисайд қарама-қарсы таңбалы электр заряды шеттерінде болатын (әдетте диэлектрлік) материалды атау үшін қолданды. Электрет қасиеттері бар кейбір материалдар ғылымға бұрыннан белгілі және 1700 жылдардың басынан бері зерттелді. Мысалы, электрофор – электрет қасиеттері бар плитадан және жеке металл пластинадан тұратын құрылғы. Электрофорды алғаш 1762 жылы Йохан Карл Вилке (Швеция) ойлап тапты, ал 1775 жылы Алессандро Вольта (Италия) жетілдірді. Алғашқы құжатталған өндіріс 1925 жылы Мототаро Эгучидің полярлы молекулалары бар полимер немесе май сияқты қолайлы диэлектрлік материалды балқытып, одан кейін қуатты электр өрісінде қатыру арқылы жасалды. Диэлектриктің полярлы молекулалары электр өрісінің бағытына қарай бағдарланады, нәтижесінде тұрақты поляризациясы бар дипольдік электрет пайда болады. Қазіргі заманғы электреттер кейде артық зарядтарды жоғары оқшаулағыш диэлектрикке енгізу арқылы жасалады, мысалы, электрондық сәуле, короналық разряд, электрондық қарудан инъекция, саңылау арқылы электрлік бұзылу немесе диэлектрлік кедергі арқылы.

Магниттермен ұқсастығы

Электрлер, магниттер сияқты, дипольдер болып табылады. Тағы бір ұқсастық – өрістер: олар материалдың сыртында электростатикалық өріс (магниттік өрістен өзгеше) тудырады. Магнит пен электрлер бір-біріне жақын келгенде, ерекше құбылыс орын алады: егер олар қозғалмаса, бір-біріне ешқандай әсер етпейді. Дегенмен, электрлер магниттік полюске қатысты қозғалғанда, магниттік өріске перпендикуляр бағытта әсер ететін күш сезіледі, бұл күш электрлерді күтілетін "итеру" бағытынан 90 градус бұрып, жылға береді – бұл басқа магнитпен сезілетіндей.

Конденсаторларға ұқсастығы

Электрет пен конденсаторларда қолданылатын диэлектрик қабаттарының ұқсастығы бар; айырмашылығы – конденсаторлардағы диэлектриктерде диэлектрикке түсірілген потенциалға тәуелді уақытша ғана туындаған поляризация болады, ал электреттік қасиеттері бар диэлектриктерде квази-тұрақты заряд немесе поляризация сақталады. Кейбір материалдар ферроэлектрлік қасиеттерді де көрсетеді (яғни, олар сыртқы өрістерге поляризацияның гистерезисі арқылы әрекет етеді). Ферроэлектрліктер поляризацияны тұрақты сақтай алады, себебі олар термодинамикалық тепе-теңдікте болады, сондықтан ферроэлектрлік конденсаторларда қолданылады. Электреттер тек метатұрақ күйде болғанымен, өте төмен ағымды материалдардан жасалғандары көп жылдар бойы артық зарядты немесе поляризацияны сақтай алады. Электрет микрофоны – тұрақты зарядталған материалды пайдалану арқылы қуат көзінен поляризациялық кернеуді қажет етпейтін конденсаторлық микрофонның бір түрі.

Материалдар

Электрлі материалдар табиғатта кең таралған. Мысалы, кварц және кремний диоксидінің басқа да түрлері табиғи электрондар болып табылады. Бүгінде көптеген электрондар синтетикалық полимерлерден жасалады, мысалы, фторполимерлер, полипропилен, полиэтилентерефталат (ПЭТ) және т.б. Нақты зарядты электрондарда оң немесе теріс артық зарядтар немесе екеуі де болуы мүмкін, ал бағытталған диполь электрондары бағытталған дипольдерді қамтиды. Электрондардың құрайтын дербес ішкі немесе сыртқы электр өрістерін түрлі салаларда қолдануға болады.

Өндiру

Үлкен электреттерді материалды қыздыру немесе балқыту арқылы, содан кейін күшті электр өрісінде салқындату арқылы дайындауға болады. Электр өрісі заряд тасымалдаушыларды қайта орналастырады немесе материал ішіндегі дипольдерді бағыттайды. Материал суығанда, қатаю дипольдерді орнында бекітеді. Электреттерге қолданылатын материалдар әдетте балауыздар, полимерлер немесе шайырлар болып табылады. Ең алғашқы рецепттердің бірі 45% карнауба балауызы, 45% ақ розен және 10% ақ ара балауызынан тұрады, олар ерітіліп, араластырылып, бірнеше киловольт/см статикалық электр өрісінде салқындатылады. Осы процеске байланысты термодиэлектрлік эффектіні бразилиялық зерттеуші Хоаким Коста Рибейро алғаш рет сипаттаған. Электреттерді бөлшектер үдеткіші арқылы диэлектрикке артық теріс зарядты енгізу арқылы немесе жоғары кернеулі корона разряды арқылы бетіне немесе жанына зарядтарды орналастыру арқылы, корона зарядтау деп аталатын процесс арқылы да жасауға болады. Электрет ішіндегі артық заряд экспоненциалды түрде азаяды. Азаю тұрақтысы материалдың салыстырмалы диэлектрлік тұрақтысы мен оның көлемдік кедергісінің функциясы болып табылады. PTFE сияқты өте жоғары кедергісі бар материалдар жүздеген жылдар бойы артық зарядты сақтай алады. Көптеген коммерциялық электреттер фторполимерлерге (мысалы, аморфты тефлонға) негізделген және жұқа пленкаларға өңделеді.

Патенттер

Ноулин, Томас Э. және Курт Р. Рашке, "Полимерлік электреттер жасау процесі"