[发明专利]一种聚合物电介质薄膜空间电荷分布测量方法

说明书

本发明涉及聚合物电介质薄膜领域，尤其涉及一种聚合物电介质薄膜空间电荷分布测量方法，包括以下步骤：对聚合物电介质薄膜的双侧进行金属化处理，施加直流电压；向聚合物电介质薄膜一侧的金属化电极击打脉冲激光，测量产生的响应电流，并构建时域响应电流表达式；结合泊松方程和一维热传导方程，对时域响应电流表达式进行傅里叶变换，得到与空间电荷分布有关的响应电流的频域表达式；对频域表达式进行高频近似，得到近似频域表达式；求解近似频域表达式，得到空间电荷分布。与现有技术相比，提高了数据分析的效率，降低了数据分析对噪声的敏感性，提升了测量结果的精度。

技术领域

本发明涉及聚合物电介质薄膜领域，尤其是涉及一种聚合物电介质薄膜空间电荷分布测量方法。

背景技术

聚合物电介质薄膜中的空间电荷分布对其工作表现有至关重要的影响。现有的对空间电荷的测量方法中，热脉冲法具有测量周期短、分辨率高等优点，尤其适合微米级聚合物薄膜的测量。该方法通过对样品施加热脉冲产生热扰动，热脉冲在介质内部传播过程中带动电荷，引发一个可测量的热响应位移电流。对该位移电流的数据分析涉及第一类Fredholm积分方程，需采用合适的数值计算方法进行求解。传统上对非极性电介质的数据分析中，方程的求解目标是介质中的电场分布。根据泊松方程，可以通过简单的微分从计算结果中获得空间电荷分布信息。

第一类Fredholm积分方程求解是数学上的病态问题，很小的数据误差便有可能导致完全不同的结果，即不适定性。在实际测量中薄膜样品所产生的位移电流信号是个纳安级的微弱信号，极易受到实验线路及环境的干扰，电流信号不可避免地叠加了噪声信号，给数学处理带来了一定的难度。目前，几种被广泛应用于实验中求解位移电流方程的数值方法，如尺度变换法、Tikhonov正则化法、Monte Carlo法等，都对噪声存在一定的敏感性。故对实测信号的数据分析中，因电流信号中噪声的存在以及上述算法本身特性，求解出的电场分布曲线可能存在一定的抖动。在此情况下，对电场进行微分计算后得到的空间电荷分布曲线可能出现部分区域畸变、极性频繁翻转等不合理分布，与实际分布之间有较大偏差。因此在进行数据处理时，电场计算结果在后期往往需要平滑，但这样可能会掩盖部分电荷分布的真实信息。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种聚合物电介质薄膜空间电荷分布测量方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种聚合物电介质薄膜空间电荷分布测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1：对聚合物电介质薄膜的双侧进行金属化处理，施加直流电压；

步骤S2：向聚合物电介质薄膜一侧的金属化电极击打脉冲激光，测量产生的响应电流，并构建时域响应电流表达式；

步骤S3：结合泊松方程和一维热传导方程，对时域响应电流表达式进行傅里叶变换，得到与空间电荷分布有关的响应电流的频域表达式；

步骤S4：对频域表达式进行高频近似，得到近似频域表达式；

步骤S5：求解近似频域表达式，得到空间电荷分布。

所述的时域响应电流表达式为Fredholm积分方程，所述时域响应电流表达式为：

其中，i(t)为响应电流时域表示，x为空间位置，t为时间，ΔT(x，t)为聚合物电介质薄膜的温度变化，A为聚合物电介质薄膜受脉冲激光击打的辐照面积，d为聚合物电介质薄膜的厚度，g(x)为分布函数。

对于非极性介质，g(x)表示为：

g(x)＝ε₀ε_r(α_ε-α_x)E(x)