[發明專利]塑料和其它材料的靜電起電輔助的介電激活檢測

無效

• 申請號: 98804559.1
• 申請日: 1998-04-16
• 公開（公告）號: CN1253626A
• 公開（公告）日: 2000-05-17
• 發明（設計）人: T·阿菲拉尼
• 申請（專利權）人: DKL國際有限公司
• 主分類號: G01N27/60
• 分類號: G01N27/60
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 鄒光新,張志醒

發明背景

本發明涉及利用介電激活(電泳現象)檢測塑料和其它材料，更具體地說，涉及通過檢測對于受到機械束縛的反向介電電泳力的電動力學反應電流沖擊，來檢測特定的塑料、聚合物、以及其它有機和無機材料。

檢測特定的聚合物和塑料(各種各樣的聚合物并帶有添加劑的摻合物和混合物)以及其它有機/無機材料，而不考慮存在有看不見的的插入結構、障礙或EMI信號，這種檢測業已極廣泛地用于各種各樣的應用領域，例如，(a)在預裝貨的飛機、列車和汽車上的運輸安全；(b)新的和舊的結構；(c)執法；(d)軍事行動；(e)反入店行竊的保護措施；以及(f)其它的安全需要和工作。

介電電泳說明了作用在初始為電中性的的物質上的力和該初始為電中性的物質的機械行為，所述初始為電中性的的物質通過外部空間的非均勻電場的感應而介電極化帶電。電場的空間非均勻性的嚴重性通過該電場的空間梯度(空間變化率)來度量。介電電泳的一個基本的工作原理是在某一點以及隨著時間的推移在空間中、在空氣或其它周圍介質中所產生的力(或力矩)總是指向(或試圖指向)相同的方向，主要是朝向局部電場的最大梯度(非均勻的)方向，而且這與電場(電壓)的符號(+或-)和隨時間的變化(DC或AC)以及周圍介質的介電性質無關。

介電電泳力的大小顯著且非線性地依賴于周圍介質的介電極化率、初始為電中性的物質的介電極化率，并且非線性地依賴于電中性的物質的幾何結構。這種依賴性通過固體物理學的極化率研究中眾所周知的Clausius-Mossotti函數來表征。介電電泳力非線性地依賴于由目標所產生的、施加于局部的電場。介電電泳力依賴于在空間和時間的某一點處的目標的局部電場分布的平方(二次冪)的空間梯度，所述空間和時間的某一點處為檢測器所處的位置。通過在檢測器的上感應的極化電荷所產生的介電電泳力來測量局部電場的平方的空間梯度。這種尋求恒定方向的力的大小作為角位置(距目標固定的徑向距離)的函數、和作為徑向位置(處于固定的角位置)的函數、并作為“有效”介質極化率的函數是高度可變的。力的檢測信號經過平方的局部電場的目標的空間梯度的獨特的圖形，同時檢測器總是指出(試圖指出)梯度圖形的最大值的方向。所有的實驗結果和介電電泳的方程都與基本電磁定律(麥克斯維方程)一致。

有五種已知的介電極化的模式。這些模式包括：由于所施加的外電場使得圍繞原子核的電子分布稍微扭曲的、電子極化；由于所施加的外電場使得初始為電中性的物質中的原子分布稍微扭曲的、原子極化；由于所施加的外電場使得在極為特殊的聚合物等中高度非定域的電子或質子分布在幾個分子重復單元上高度扭曲的、游離極化；使得柔順地附在在材料的分子上的永久性的偶極子(H₂O、NO、HF)和可定向的未定的偶極基(-OH、-Cl、-CN、-NO₂)朝向具有特征時間恒量的外電場可旋轉地排齊的、旋轉極化(偶極和定向的)；以及由于小的電導率的差別而造成非均勻的介電界面累積電荷載體的、界面(空間電荷)極化。對于界面極化，所得到的、累積起來使得界面電荷中性化的空間電荷扭曲了具有特征時間恒量的外電場。

介電極化的頭三種模式，電子極化、原子極化、和游離極化，都是在分子距離的尺度上的模式，并且，一施加外電場就即時出現，而且，在極高頻率(紅外和光學)時影響材料的介電常數。后面的兩種極化模式，旋轉極化和界面極化都是在分子和宏觀距離尺度上的模式，并且隨時間呈現動態變化，同時具有特征時間恒量，以便幫助提高高頻介電常數，因為它隨時間朝向零頻率時的介電常數演變。這些特征材料時間恒量控制著材料的介電和機械特性曲線。

各種出版物中都討論了那些極化模式和它們對介電常數的隨時間的變化的作用的動力學，例如，H.A.Pohl的“介電電泳”(劍橋大學出版社(1978年))；R.Schil1er的“介電介質中的電子”(C.Ferradini，J.Gerin(eds.)，CRC出版社(1991年))；以及R.Schiller的“宏觀摩擦和介電弛豫”(IEEE?Transactionson?Electical?Insulation，24，199(1989))；還有那些眾所周知的教科書，這里都引為參考。