Elektrische Eigenschaften polymerer Festkörper in starken elektrischen Feldern

Zusammenfassung

Dichte und energetische Lage lokalisierter Niveaus in der Oberfläche und im Volumen und deren Besetzungswahrscheinlichkeit für Excesselektronen oder Defektelektronen bestimmen die elektrostatische Rufladung polymerer Festkörper beim Kontakt mit Metall. Es lassen sich Anreicherungsrandschichten für Excesselektronen und Verarmungsrandschichten für Defektelektronen im Polymeren je nach elektrischem Potential des kontaktierenden Metalls nachweisen. Ursache für diese Randschichten ist der unterschiedliche physikalische Zustand der Oberfläche relativ zum Volumen des Polymeren. Die energetische Lage der lokalisierten Niveaus wird durch die zwischen-molekulare Wechselwirkung bestimmt und hängt daher vom Ordnungszustand der Oberfläche und des Volumens ab.

Bei Polystyrol verdecken intermolekulare lokalisierte Niveaus den Einfluß intramolekularer Niveaus. Die feldinduzierte Änderung des physikalischen Zustands der Oberfläche und des Volumens (ferroelektrische Erscheinungen) beeinflußt die energetische Situation der lokalisierten Niveaus stark. Drei diskrete Haftstellenarten für Excesselektronen lassen sich bei Polystyrol nachweisen, die energetisch tiefste hängt vom Ordnungszustand und daher auch von der Feldstärke ab. Polystyrol zeigt einen starken elektrischen Feldeffekt und einen feldstärkeabhängigen Imaginärteil der Dielektrizitätskonstanten. Hinweise auf einen photokapazitiven Effekt konnten gefunden werden.

Summary

The density and the energetic situation of localized levels at the polymer surface and bulk and their occupancy probability of excesselectrons or defect-electrons determine the electrostatic charging of polymer solids associated with the contact of metals. Accumulation layers of excesselectrons and depletion layers of defectelectrons can exist near the polymer surface depending on the electrical potential of the contacting metal. These layers are caused by the difference between the physical states of the polymer surface and bulk. The energetic situation of the localized levels is determined by intermolecular interactions and therefore it depends on the state of order of the surface and the bulk.

In polystyrene e. g. the contribution of intramolecular localized levels is covered by the influence of intermolecular localized levels. Therefore the energetic situation of these levels depends on field-induced change of the state of order of the polystyrene surface and bulk (ferroelectric phenomena). Three discrete localized levels of excesselectrons could be identified in polystyrene. The level with the lowest energy depends on the state of order and on the electric fieldstrength. Polystyrene exhibits a strong electric field effect and a field depending imaginary part of its dielectric constant. There are hints to photocapacitive effects in polymers.