Phương pháp nghịch đảo để thu được dòng điện phân cực trong thời gian rất ngắn từ phép đo quang phổ điện môi trên vật liệu pen

P ISSN 1859 3585 E ISSN 2615 9619 SCIENCE TECHNOLOGY Website https //tapchikhcn haui edu vn Vol 57 No 3 (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 29 PHƯƠNG PHÁP NGHỊCH ĐẢO ĐỂ THU ĐƯỢC DÒNG ĐIỆN PH[.]

SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 PHƯƠNG PHÁP NGHỊCH ĐẢO ĐỂ THU ĐƯỢC DÒNG ĐIỆN PHÂN CỰC TRONG THỜI GIAN RẤT NGẮN TỪ PHÉP ĐO QUANG PHỔ ĐIỆN MÔI TRÊN VẬT LIỆU PEN OBTENTION OF POLARIZATION CURRENT IN VERY SHORT TIME FROM DIELECTRIC SPECTROSCOPY MEASUREMENT USING INVERSE METHOD ON PEN MATERIAL Hoàng Mai Quyền1,*, Nguyễn Mạnh Quân , Nguyễn Duy Minh2 TĨM TẮT Mục đích nghiên cứu thu dòng điện phân cực thời gian ngắn (10-6 đến 10s) mà kỹ thuật đo dịng điện thơng thường khơng thực Cơ sở để thực nghiên cứu số điện môi phức nhận từ phép đo quang phổ điện môi vật liệu phân cực PEN Các chế tích gắn liền với q trình phân cực, β, β* α quan sát thấy phần ảo số điện môi phức (tổn hao điện môi) tần số nhiệt độ đo khác Các hàm số Cole-Cole sử dụng để mô hình hóa chế tích thốt, nhờ số điện môi phức biểu thị dạng hàm số liên tục miền tần số Phép biến đổi Fourier ngược tần số - thời gian sau thực để thu dòng điện phân cực thời gian ngắn Các dịng điện thu có tương quan tốt với dòng điện thời gian dài, đo phương pháp APC Từ khóa: PEN; phép đo quang phổ điện môi; hàm số Cole-Cole; biến đổi Fourier ngược; dòng điện phân cực ABSTRACT The aim of the study is to obtain polarization current in a very short time (10-6 to 10s) not measurable by classical techniques The complex permittivity which obtained from dielectric spectroscopy measurements on PEN (a polar material) is the basic data of this study The relaxations associated with the polarization processes, β, β* and α, were observed on the imaginary part of the complex permittivity (dielectric loss) at different frequencies and temperatures The Cole-Cole functions were used to modeling the relaxations, whereby the complex permittivity was expressed as a continuous function in the frequency domain The frequency-time inverse Fourier transform was then performed to obtain the polarization current in a very short time The results had a good correlation with the current in a long time measured by the APC method Keywords: PEN; dielectric spectroscopy; Cole-Cole function; Inverse Fourier transform; polarization current Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Trường Đại học Điện lực * Email: hoangmaiquyen@haui.edu.vn Ngày nhận bài: 15/01/2021 Ngày nhận sửa sau phản biện: 10/6/2021 Ngày chấp nhận đăng: 25/6/2021 Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn KÝ HIỆU Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa ε0 F/m Hằng số điện môi chân không ԑ* - Hằng số điện môi phức ε' - Hằng số điện môi ԑ’’ - Tổn hao điện môi E V/m Cường độ điện trường CHỮ VIẾT TẮT PEN Poly(ethylene naphthalene 2,6-dicarboxylate) APC Alternate polarization current GIỚI THIỆU Phân cực dẫn điện hai trình chủ yếu xảy chế độ làm việc bình thường vật liệu cách điện đặt điện trường Nhiều nghiên cứu thực nghiệm mô hai tượng phân cực dẫn điện thực nhiều vật liệu cách điện rắn khác [1-3], nhiều nghiên cứu tượng dẫn điện tượng thường giữ vai trò chủ đạo khoảng thời gian đủ dài (từ vài chục giây trở lên) Hiện tượng phân cực khó quan sát nghiên cứu vật liệu không phân cực (non-polar materials) thường bỏ qua coi số điện môi ε không đổi với nhiệt độ thời điểm Trong báo này, lựa chọn nghiên cứu vật liệu PEN, loại vật liệu cách điện có cực tính cao (polar material) qua làm bật tượng phân cực vật liệu Quá trình phân cực gồm nhiều giai đoạn bao gồm phân cực điện tử, phân cực nguyên tử (hay ion) phân cực định hướng (hay lưỡng cực) Trong hai giai đoạn đầu diễn nhanh (dưới 10-12s), phân cực định hướng diễn thời gian dài (từ 10-9 đến 105s) loại phân cực chủ yếu xét đến nghiên cứu kỹ thuật điện [4] Quá trình liên quan đến định Vol 57 - No (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 29 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 hướng theo chiều điện trường moment lưỡng cực tồn phân tử điện môi gây dòng điện lớn thời gian đầu, tức thời gian ngắn, sau giảm dần theo thời gian Dịng điện phân cực có giá trị lớn không đo kỹ thuật thông thường Điều gây hạn chế đến việc nghiên cứu toàn diện sâu sắc tượng phân cực điện môi việc nghiên cứu tác động dịng điện phân cực đến đặc tính điện, tuổi thọ độ tin cậy hệ thống cách điện thời điểm đặt điện áp lên điện môi Nghiên cứu cách để nhận dòng điện phân cực thời gian ngắn, dựa cách liệu phép đo quang phổ điện môi Phép đo cung cấp đại lượng gắn liền với tượng phân cực miền tần số số điện môi tổn hao điện môi [5] Các liệu thực nghiệm cần mơ hình hóa để có khả chia nhỏ biến số tùy biến Việc giải nhiều nghiên cứu trước vật liệu phân cực PET, PEN hàm số dạng đặc biệt hàm số Havriliak-Negami [6, 7] Với mục tiêu thu dòng điện miền thời gian, biến đổi Fourier ngược thực liệu thực nghiệm mô hình hóa Dịng điện sau nhận được, dùng để nghiên cứu tượng phân cực góp phần vào việc cải tiến độ xác mơ dịng điện ngồi đặt điện áp lên điện môi Phép đo quang phổ điện môi giúp xác định số điện môi phức (ԑ*) vật liệu cách điện rắn Phần thực số điện môi (ԑ’) cho phép định lượng độ phân cực vật liệu gọi số điện mơi, phần ảo (ԑ’’) gắn liền với lượng hao phí điện môi gọi tổn hao điện môi Nguyên lý phép đo giới thiệu [5] Trong nghiên cứu chúng tôi, phép đo quang phổ điện môi thực máy đo quang phổ dải rộng Novocontrol Alpha-A mơi trường Nitơ lỏng (hình 1) cho phép nghiên cứu đặc tính điện môi dải tần số rộng từ 10-1 đến 106Hz với dải nhiệt độ rộng từ -150 đến 400oC, điện áp hình sin có giá trị hiệu dụng khoảng 5mV đến 3V Giá trị nhiệt độ hệ số tổn hao điện môi phép đo đảm bảo xác với sai số tương ứng 0,1oC 5.10-5 PHÉP ĐO QUANG PHỔ ĐIỆN MƠI Trong đó, D đường kính điện cực kim loại (m), d chiều dày mẫu thử (m) Để thu kết tối ưu cho phép đo, hình dạng mẫu thử vật liệu phải thỏa mãn điều kiện sau [8]: điện dung mẫu thử phải nằm khoảng 50 đến 200pF (tối ưu 100pF) dải tần số từ 100kHz đến 10MHz Ở dải tần số thấp, điện dung mẫu thử lớn dải trên, đến 2nF, đem lại kết xác Nếu số điện môi mẫu thử biết, điện dung mẫu thử xác định công thức sau: C ε0 εr S ε0 εr πD2  d 4d (1) Vật liệu thí nghiệm sử dụng nghiên cứu PEN bán kết tinh dạng phim, có nhiệt độ nóng chảy 269°C nhiệt độ thủy tinh hóa 121°C [10] Mẫu thử vật liệu thí nghiệm có độ dày 188μm, đường kính 20mm, trung tâm mặt phim phủ lớp kim loại vàng có đường kính 16mm Các phép đo quang phổ điện môi mẫu thử thực điện áp xoay chiều 1V, dải tần số từ 0,1Hz đến 1MHz dải nhiệt độ từ -100 đến 200°C Hình giới thiệu biến thiên phần thực phần ảo số điện môi phức vật liệu PEN theo nhiệt độ với giá trị khác tần số Chúng ta quan sát ba đỉnh đặt tên β, β* α - liên hệ với ba chế tích (relaxation - xuất cực đại cực tiểu) điện môi Ba đỉnh báo cáo nghiên cứu công bố vật liệu PEN bán kết tinh [11] PEN vơ định hình [12] Đỉnh thứ nhất, β, có nguồn gốc từ dao động cục nhóm ester (-OC=O), tương tự q trình đỉnh β vật liệu PET [13] Nguồn gốc đỉnh β* gắn liền với dao động của hai vịng benzen nhóm cacbonyl xung quanh [14], đỉnh α lại liên hệ trực tiếp với chuyển động vi mô Brownian phân đoạn chuỗi phân tử hệ xếp lại chuỗi vùng vô định hình vật liệu [15] Hình Thiết bị thí nghiệm phép đo quang phổ điện môi [8, 9] 30 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (6/2021) Trên hình 2a, phần thực số điện môi phức ε’ giảm tần số tăng dải nhiệt độ đo Trên hình 2b, Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 ta thấy đỉnh β, β* α dịch chuyển theo chiều tăng nhiệt độ tần số tăng Trong đỉnh này, đỉnh β α có hình dạng rộng tần số tăng Biên độ hai đỉnh giảm tần số biến thiên từ 0,1 đến 100Hz, sau tăng lại tần số cao Với đỉnh β*, khó để xác định xác thay đổi độ rộng biên độ đỉnh này, xếp chồng với đỉnh α gần Ở tần số thấp (từ 0,1 đến 100Hz) nhiệt độ cao (từ 150°C), xuất tăng nhanh ԑ’’ mà nguyên nhân tượng chế dẫn điện vật liệu kích hoạt 4.8 4.6 ' 4.4 4.2 4.6 -100°C -50°C 50°C 100°C 150°C 4.4 4.2 10 -1 Hz 10 Hz 10 Hz 10 Hz 10 Hz 10 Hz 10 Hz 10 Hz  ' 5.0 Vogel-Fulcher-Tammann Tuy nhiên, ba đỉnh không xuất cửa sổ tần số đo (từ 10-1 đến 106Hz) với nhiệt độ đo định Ví dụ, -50°C, có đỉnh β xác định Từ đến 100°C, hai đỉnh β β* xuất hiện, 150°C đỉnh α điện dẫn σ tượng quan sát thấy  4.0   3.8  -1 4.0 3.8 -100 log(f/Hz) (a) -50 50 100 150 200 0.05 T (°C)   0.04 (a)  "  0.07   0.06   0.03    0.02 0.05 0.04 0.01 "   0.03  -1 (b) Hình Phần thực (a) phần ảo (b) số điện môi phức vật liệu PEN khoảng tần số từ 0,1Hz đến 1MHz với nhiệt độ từ -100 đến 150oC 0.01 -100 log(f/Hz) 0.02 -50 50 100 150 200 T (°C) (b) Hình Phần thực (a) phần ảo (b) số điện môi phức vật liệu PEN khoảng nhiệt độ từ -100 đến 200°C với tần số từ 0,1Hz đến 1MHz Hình giới thiệu biến thiên phần thực phần ảo số điện môi phức vật liệu PEN theo tần số với giá trị khác nhiệt độ hệ tọa độ bánlogarit Hằng số điện môi ε’ giảm theo chiều tăng tần số Điều giải thích thành phần cấu thành ε’, β, β* α, giảm tần số tăng tuân theo biến thiên Havriliak-Negami [7] Theo chiều biến thiên nhiệt độ, nhận thấy ε’ có xu hướng chung tăng nhiệt độ tăng, trừ trường hợp 50°C 100°C hình 3a Điều giải thích biến thiên không theo chiều cố định độ lớn chế tích β β*, mà chế lại giữ vai trò chủ đạo khoảng hai giá trị nhiệt độ Trên hình 3b, ba đỉnh tích β, β* α, quan sát thấy đường cong tổn hao điện môi Khi nhiệt độ tăng, đỉnh dịch chuyển theo chiều tăng tần số Quan sát phù hợp với định luật Arhenius Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Sự xuất chế tích thốt, khơng đồng thời cửa sổ đo, số điện môi phức xếp chồng tất chế nhiệt độ Sự xem xét ảnh hưởng chế độ phân cực, giới hạn thí nghiệm, địi hỏi phân tích tổng thể liệu thực nghiệm tất nhiệt độ để tìm quy luật biến thiên tham số nhờ ngoại suy thành phần không xuất cửa sổ đo PHƯƠNG PHÁP NGHỊCH ĐẢO TẦN SỐ - THỜI GIAN 3.1 Mô hình hóa số điện mơi phức miền tần số Việc nghiên cứu tượng phân cực vật liệu PEN cần thơng tin dịng điện phân cực chạy qua vật liệu, khoảng thời gian ngắn (< 1s) mà phép đo dòng điện ngồi trực tiếp gần khơng thể chạm tới giới hạn thời gian Để nhận dòng điện phân cực khoảng thời gian ngắn, sử dụng phương pháp nghịch đảo tần số - thời gian liệu thực nghiệm thu từ phép đo quang phổ điện môi Việc biến đổi từ miền tần số sang miền thời gian thực Phép biến đổi Fourier ngược (iFFT) [16] Tuy Vol 57 - No (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 31 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Dε ε * (ω)  ε '(ω)  j.ε "(ω)  ε    0.02 0.00 -3 Dεi bi 1  jωτi   κ ε0  jω  s (3) Với n số lượng chế tích thốt, κ s số trình dẫn điện (κ > 0; < s ≤ 1) Trong trình thực hồi quy liệu thực nghiệm, để tránh phức tạp hồi quy liệu phức, thực hồi quy phần, phần thực phần ảo số điện mơi Phương trình Cole-Cole phần rút từ công thức (3) sau: n Dεi cos(φi ) κ πs ε'(ω)  ε    s cos (4) 1/2 ε0ω i1  π1bi  bi 2b    ωτi  i  1 2 ωτi  sin   n ε"(ω)   i1 Dεi sin(φi ) 1/2  π1 bi  bi 2b    ωτi  i  1 2 ωτi  sin    κ πs sin (5) s ε0ω Với  π 1 bi   bi   ωτ i  cos  φi  arctan   1 ωτ bi sin π 1 bi     i   -1 8 (a) (6) Chi tiết quy trình hồi quy ngoại suy liệu phép đo quang phổ điện môi trình bày nghiên cứu trước [19] Trong báo này, minh họa hai kết quy trình hồi quy ngoại suy nhiệt độ -80 50°C 32 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (6/2021) 4.1 4.0 ' Với đỉnh tích thốt, thơng thường hồi quy hàm số Cole-Cole Như liệu thực nghiệm nhiệt độ cao, phải tính đến tất chế tích điện dẫn (β, β*, α σ) Khi đó, phương trình tổng quát để hồi quy liệu thực nghiệm là: i 1 -2 log(f/Hz) Trong đó: Δε = εs - ε∞ với εs số điện môi tĩnh thời điểm t = ∞hoặc tần số f = ε∞ số điện môi vô hạn thời điểm t = tần số f = ∞, b tham số xác định độ rộng của đỉnh tích đối xứng, τ thời gian tích tương ứng với đỉnh tích thoát n  0.01 (2) b   jωτ  ε *(ω)  ε '(ω)  j.ε "(ω)  ε   Thi nghiem -80°C Hoi quy Cole-Cole 0.03 " nhiên, đầu vào phép biến đổi số phải hàm số liên tục, nghĩa miền xác định biến số chia nhỏ tùy ý điểm rời rạc liệu thực nghiệm thu phép đo quang phổ điện mơi Điều dẫn đến bước quan trọng nghiên cứu chúng tôi, trước bước nghịch đảo tần số - thời gian, mơ hình hóa số điện mơi đo (ε’ ԑ’’) hàm số liên tục miền tần số Qua việc tìm hiểu nghiên cứu trước vấn đề này, sử dụng hàm số kinh nghiệm Cole-Cole để hồi quy liệu thực nghiệm [12, 17, 18] Trong đó, hàm số Cole-Cole có dạng sau: 3.9 3.8 -3 -2 -1 log(f/Hz) (b) Hình Phần ảo (a) phần thực (b) số điện môi phức vật liệu PEN -80oC: liệu thực nghiệm kết hồi quy Hình giới thiệu kết hồi quy số điện môi phức -80oC Chỉ đỉnh β xuất cửa sổ đo, quan sát thấy điểm “gãy” 102Hz, điều gắn liền với chất vật lý đỉnh β, xếp chồng hai trình đối xứng, β1 β2 [17] Hakme đồng tác giả [18] nghiên cứu hai trình đối xứng phát rằng, độ lớn đỉnh β2 phụ thuộc mạnh mẽ vào độ ẩm chứa mẫu thử vật liệu, độ lớn đỉnh β1 phụ thuộc vào tỉ suất nhiệt độ kéo căng vật liệu Việc hồi quy liệu phép đo quang phổ điện môi -80oC hai đỉnh β1 β2 cho kết xác cao với phần thực phần ảo số điện môi phức Tuy nhiên nhiệt độ cao hơn, ảnh hưởng q trình β1 gần khơng cịn, để đơn giản quy trình hồi quy, chúng tơi dùng hàm số Cole-Cole để hồi quy đỉnh β số điện môi phức Hằng số điện môi phức 50oC chủ yếu xếp chồng hai chế β β* Kết hồi quy nhiệt độ giới thiệu hình 5, đỉnh β ngoại suy từ việc hồi quy nhiệt độ thấp Kết hồi quy số điện mơi ԑ’ ln có sai số 5% tất nhiệt độ Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 0.0 n T h i n gh ie m 0°C H oi qu y C o le-Co le 0.0 Với:   D εi  1  jωτ  i 1 bi (10) i Thực phép biến đổi Fourier ngược hàm D , D( t j )  TF 1 D(ω) , ta thu độ dịch chuyển điện 0.0  0.0 " D(ω)  tích miền thời gian công thức (11) D(t j )  ε0 εE(t j )  D(t j )*E(t j ) 0.0 0.0 -3 -2 -1 log (f/Hz) (a) Dấu * cơng thức (11) biểu thị tích chập (một phép biến đổi tích phân đặc biệt), tj thời điểm tương ứng với chia nhỏ miền tần số biến đổi Fourier ngược Giả sử dùng N điểm để chia nhỏ miền tần số Mỗi đoạn chia miền tần số Δf = fmax/(N-1) Số điểm cần tình tốn phép biến đổi Fourier ngược 2N đoạn chia miền thời gian bằng: 4.3 DT  4.2 (11) 1  2NDf 2fmax Khi đó: tj = jΔT 4.1 ' Lấy đạo hàm theo thời gian độ dịch chuyển điện tích, ta thu dịng điện phân cực: 4.0 jd (t j )  3.9 D(t)  ε0 ε δ(t j )  D(t j )  E(t j ) t (12) Trong đó, δ(tj) xung Delta-Dirac 3.8 -3 -2 -1 log(f/H z) (b) Hình Phần ảo (a) phần thực (b) số điện môi phức vật liệu PEN 50oC: liệu thực nghiệm kết hồi quy 3.2 Phép nghịch đảo tần số - thời gian Sau mơ hình hóa kết phép đo quang phổ điện môi hàm số thực nghiệm Cole-Cole, chúng tơi tích hợp mơ hình hóa vào phép nghịch đảo để thu dòng điện miền thời gian Quá trình nghịch đảo xuất phát từ phương trình Maxwell-Ampere hệ phương trình Maxwell: JT (t)  jc (t)  D(t) t (7) Trong đó: JT dòng điện tổng, jc dòng điện dẫn D độ dịch chuyển điện tích gây trình phân cực Độ dịch chuyển điện tích miền tần số biểu thị sau: D(ω)  ε0 ε* (ω)E(ω) (8) Thay phần phân cực (cơ chế tích thốt) phương trình (3) vào (8), biểu thức độ dịch chuyển điện tích viết thành cơng thức (9) n D ( ω )  ε ε  E ( ω )  ε E ( ω) Dε i  1  jωτ  i 1  ε0  ε  D(ω) E (ω) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn bi i (9) Mục đích thu dòng điện thời gian ngắn (từ 10-6 đến 10s) tương ứng với dải tần số đo (10-1 đến 106Hz) Thực phép nghịch đảo dải tần số rộng đòi hỏi số lượng lớn điểm để chia nhỏ dải tần số cho nhận kết xác Trong lần thử nghiệm phép nghịch đảo với số lượng điểm chia khác nhau, thấy số lượng điểm chia chưa đạt đến mức định, dịng điện nhận khơng trùng số lượng điểm chia khác Để nhận dịng điện xác, chúng tơi ln lấy kết dịng điện, khơng cịn thay đổi cho dù số lượng điểm chia tăng lên Tuy nhiên thời gian tính tốn với số lượng lớn điểm chia dải tần số rộng xét lớn nhiều Chính vậy, trước hết, chia nhỏ dải tần số xét thành dải tần số nhỏ sau đó, thực phép nghịch đảo dải tần số nhỏ Hình giới thiệu ví dụ hàm D(t) với miền thời gian rộng nhận từ liệu phép đo quang phổ điện môi vật liệu PEN -80°C Từ kết hồi quy liệu thực nghiệm hình 4, ta thực phép biến đổi Fourier ngược cho năm dải tần số, dải chứa 220 điểm chia, xác định tần số lớn sau: fmax = 107, 105, 103, 101, 101 Hz Với dải tần số này, lựa chọn đoạn thời gian tương ứng có độ xác cao nhất, Δlog(T) = với ví dụ Cuối cùng, việc ghép đoạn thời gian thu phản hồi miền thời gian với thời gian nhanh, 1/3s Nếu so sánh với việc thực phép nghịch đảo dải tần số [0, 107] Hz chứa 224 điểm, đem lại kết xác thời gian tính tốn lâu Vol 57 - No (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 33 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 nhiều, 294s Nếu dùng từ 225 điểm chia, thời gian tính tốn trở nên vô lớn -80°C log( -2 -4 -6 0-10 7Hz 0-10 Hz 0-10 Hz -1 0-10 Hz 0-10 Hz -8 -6 -4 -2 log(t/s) Hình Phương pháp chia miền tần số phép biến đổi chuỗi Fourier ngược SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA KẾT QUẢ CỦA PHÉP ĐO QUANG PHỔ ĐIỆN MƠI VÀ PHÉP ĐO DỊNG ĐIỆN TẠI ĐIỆN TRƯỜNG YẾU J/E (S.m-1) Trong phần này, xem xét tương quan dòng điện khoảng thời gian ngắn thu từ phép nghịch đảo tần số-thời gian với dòng điện đo thời gian dài điện trường yếu, từ xác thực độ xác phép nghịch đảo Để có tương quan, hai loại dòng điện phải trình phân cực vật liệu PEN gây Dòng điện thời gian nhận từ phép đo APC vật liệu PEN [20] Trong phép đo APC, điện trường đặt lên điện môi yếu để đảm bảo tượng điện dẫn chưa kích hoạt, nhờ dịng điện thu điện dòng phân cực 10 -5 10 -7 10 -9 10 -1 10 -1 10 -1 10 -1 10 AP C -80 °C -1 T F -8 0°C AP C 0°C -1 T F 0°C đồng với nhiệt độ Và dòng điện -80 50oC tách rời Nghiên cứu đem đến thông tin liên quan đến tượng phân cực, thể qua dịng điện ngồi, miền thời gian ngắn - khơng đo kỹ thuật đo dịng điện Trong thời gian dài, dòng điện 50oC lớn dòng điện -80oC Nhưng thu dòng điện thời gian ngắn, thấy khơng tồn miền thời gian Ở thời gian ngắn, dòng điện -80oC lại lớn dòng điện 50oC Điều giải thích ta quan sát biến thiên tổn hao điện môi theo tần số Độ rộng đỉnh β2 hình nhỏ độ rộng đỉnh β* hình 5, có nghĩa ảnh hưởng chế tích β2 β* tần số xa tần số tích (tần số mà tổn hao điện môi đạt giá trị lớn nhất) Hơn nữa, -80oC, tồn chủ yếu chế β, 50oC hai chế β β* Điều dẫn đến thay đổi độ dốc dòng điện phân cực 10-3 s 50oC KẾT LUẬN Phần thực (hằng số điện môi) phần ảo (tổn hao điện môi) số điện môi phức -thu từ phép đo quang phổ điện môi vật liệu PEN cửa sổ tần số [10-6, 101Hz] cửa sổ nhiệt độ [-100, 200oC] có liên quan chặt chẽ đến tượng phân cực thể qua chế tích β, β* α Cơ chế dẫn điện σ quan sát thấy kết phép đo nhiệt độ cao (> 150oC) Phép nghịch đảo tần số - thời gian thực liệu thực nghiệm giúp thu dòng điện phân cực khoảng thời gian ngắn [10-6, 10-1s] với trợ giúp hàm số Cole-Cole phép biến đổi Fourier ngược Dòng điện thời gian ngắn cho thấy tương quan tốt với dòng điện thời gian dài đo phương pháp APC Chúng ta nhận thấy nhiều thông tin gắn liền với tượng phân cực định hướng thu lý giải Trong nghiên cứu sau, khai thác thông tin tượng phân cực dòng điện thời gian ngắn thu để hiểu rõ chế dẫn điện tích hợp vào q trình mơ hình hóa vật liệu cách điện rắn ứng suất điện - nhiệt -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 10 10 10 t (s) Hình Dịng điện phân cực chuẩn hóa thời gian ngắn thời gian dài Trên hình dòng điện phân cực dải tần số rộng [10-6, 103s] tương ứng với hai nhiệt độ chọn để minh họa -80 50°C Với nhiệt độ, có dịng điện thời gian ngắn [10-6, 101s] thu phép nghịch đảo số điện môi phức, đo phép đo quang phổ điện mơi; dịng điện thời gian dài [3, 1000s] đo phép đo APC điện trường yếu Chúng nhận thấy tương quan tốt hai loại dòng điện Các phần dòng điện dải thời gian chung [3, 10s] hai phương pháp gần 34 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (6/2021) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] G Teyssèdre, C Laurent, G.C Montanari, F Palmieri, A See, L.A Dissado, J.C Fothergill, 2001 Charge distribution and electroluminescence in cross-linked polyethylene under dc field Journal of Physics D: Applied Physics, 34, 2830-2844 [2] N Saidi-Amroun, S Berdous, M Bendaoud, 2004 Measured and simulated transient current in polyethylene terephthalate films below and above the glass transition temperature Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Solid Dielectrics (ICSD), Toulouse, France 1, 137-140 [3] S Le Roy, G Teyssedre, C Laurent, G.C Montanari, F Palmieri, 2006 Description of charge transport in polyethylene using a fluid model with a constant Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 mobility: fitting model and experiments Journal of Physics D: Applied Physics, 39, 1427-1436 [4] V V Duong, 2002 Vat lieu dien - dien tu Vietnam National University Ho Chi Minh City Press [5] C Menguy, 1997 Mesure des caractéristiques des matériaux isolants solides Techniques de l’Ingénieur, traité Génie électrique, D 310 [6] F Alvarez, A Alegría, J Colmenero, 1991 Relationship between the time-domain Kohlrausch-Williams-Watts and frequency-domain Havriliak-Negami relaxation functions Physical Review B, Vol 44, pp 7306‑7312 [20] M Q Hoang, M Q Nguyen, 2018 Polarization and Conduction Processes of PEN Film under Thermo - Electrical Stresses Journal of Science and Technology, Hanoi University of Industry, No 48, p 53-58 AUTHORS INFORMATION Hoang Mai Quyen1, Nguyen Manh Quan1, Nguyen Duy Minh2 Faculty of Electrical Engineering, Hanoi University of Industry Electric Power University [7] J.M Alison, R.M Hill, 1994 A model for bipolar charge transport, trapping and recombination in degassed crosslinked polyethene Journal of Physics D: Applied Physics, Vol 27, pp 1291‑1299 [8] Novocontrol Technologies, 2010 Alpha-A High resolution Dielectric, Conductivity, Impedance and Gain Phase Modular Measurement System http://www.novocontrol.de [9] Novocontrol Technologies, 2014 Alpha-A, Alpha and Beta High Performance Dielectric, Conductivity and Electrochemical Impedance Analyzers http://www.novocontrol.de [10] R Eveson, W.A MacDonald, D MacKerron, A Hodgson, R Adam, K Rakos, K Rollins, R Rustin, M.K Looney, J Stewart, M Asai, K Hashimoto, 2008 Optimising Polyester Films for Flexible Electronic Applications SID Int Symp Dig Tech Papers, 39, 1431-1434 [11] J.C Cañadas, J.A Diego, M Mudarra, J Belana, R Díaz-Calleja, M.J Sanchis, C Jaimés, 1999 Relaxational study of poly(ethylene-2,6-naphthalene dicarboxylate) by t.s.d.c., d.e.a and d.m.a Polymer, Vol 40, pp 1181‑1190 [12] A Nogales, Z Denchev, T.A Ezquerra, 2000 Influence of the Crystalline Structure in the Segmental Mobility of Semicrystalline Polymers: Poly(ethylene naphthalene-2,6-dicarboxylate) Macromolecules, Vol 33, pp 9367‑9375 [13] B Schartel, J.H Wendorff, 1995 Dielectric investigations on secondary relaxation of polyarylates: comparison of low molecular models and polymeric compounds Polymer, Vol 36, pp 899‑904 [14] H Dörlitz, H.G Zachmann, 1997 Molecular mobility in poly(ethylene2,6-naphthalene dicarboxylate) as determined by means of deuteron NMR Journal of Macromolecular Science, Part B, Vol 36, pp 205‑219 [15] J Belana, M Mudarra, J Calaf, J.C Cañadas, E Menendez, 1993 TSC study of the polar and free charge peaks of amorphous polymers IEEE Transactions on Electrical Insulation, Vol 28, pp 287‑293 [16] https://www.mathworks.com/help/matlab/ref/ifft.html [17] S.P Bravard, R.H Boyd, 2003 Dielectric Relaxation in Amorphous Poly(ethylene terephthalate) and Poly(ethylene 2,6-naphthalene dicarboxylate) and Their Copolymers Macromolecules, Vol 36, pp 741-748 [18] C Hakme, I Stevenson, L David, G Boiteux, G Seytre, A Schönhals, 2005 Uniaxially stretched poly(ethylene naphthalene 2,6-dicarboxylate) films studied by broadband dielectric spectroscopy Journal of Non-Crystalline Solids, Vol 351, pp 2742‑2752 [19] M Q Hoang, L Boudou, S Le Roy, G Teyssèdre, 2014 Implementation of polarization processes in a charge transport model using time and frequency domain measurements on PEN films 9ème conférence de la Sociộtộ Franỗaise dElectrostatique, Toulouse, France, 27-29 aoỷt 2014 Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol 57 - No (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 35 ... với dòng điện đo thời gian dài điện trường yếu, từ xác thực độ xác phép nghịch đảo Để có tương quan, hai loại dòng điện phải trình phân cực vật liệu PEN gây Dòng điện thời gian nhận từ phép đo. .. thời gian ngắn (< 1s) mà phép đo dịng điện ngồi trực tiếp gần chạm tới giới hạn thời gian Để nhận dòng điện phân cực khoảng thời gian ngắn, sử dụng phương pháp nghịch đảo tần số - thời gian liệu. .. chọn để minh họa -80 50°C Với nhiệt độ, có dịng điện thời gian ngắn [10-6, 101s] thu phép nghịch đảo số điện môi phức, đo phép đo quang phổ điện mơi; dịng điện thời gian dài [3, 1000s] đo phép đo