الکترت
الکترت (به انگلیسی electret تشکیل شده از پسوند et- و -electr به معنای برق) یک مادۀ دی‌الکتریک است؛ که بار الکتریکی نیمه پایداری دارد. یک الکترت میدان‌های الکتریکی داخلی و خارجی تولید می‌کند و معادل الکتروستاتیک یک آهنربای پایدار است. اگرچه الیور هویساید این اصطلاح را در ۱۸۸۵ ابداع کرد، اما موادی با ویژگی‌های الکترت از قبل برای دانشمندان شناخته شده‌بودند و از ابتدای دهه ۱۷۰۰ مورد مطالعه قرار گرفته بودند. الکتروفورز یک نمونۀ ویژه است، دستگاهی که شامل یک ورقه با ویژگی‌های الکترت و یک صفحۀ فلزی جداکننده است. الکتروفورز در ابتدا توسط یوهان کارل ویلکه در سوئد و دوباره توسط آلساندرو ولتا در ایتالیا ابداع شد.
شباهت به آهنربا
الکترت‌ها مانند آهنرباها دوقطبی هستند. شباهت دیگر، میدان‌های تابشی هستند: آنها یک میدان الکتروستاتیک در پیرامون خود (درمقابل یک میدان مغناطیسی) تولید می‌کنند. وقتی که یک آهنربا و الکترت در نزدیکی یکدیگر قرار می‌گیرند، یک پدیدۀ نسبتاً غیرمعمول اتفاق می‌افتد: در حالت سکون، آنها هیچ اثری بر روی یکدیگر ندارند. اما زمانی که الکترت نسبت به قطب مغناطیسی حرکت می‌کند، یک نیرویی حس می‌شود که عمود بر میدان مغناطیسی عمل می‌کند و الکترت را در امتداد یک مسیر ۹۰ درجه‌ای نسبت به جهت پیش‌بینی شده، به جلو هل می‌دهد.
شباهت به خازن
بین الکترت و لایۀ دی‌الکتریکی که در خازن‌ها استفاده می‌شود، شباهت وجود دارد. تفاوت این است که دی‌الکتریک‌ها در خازن‌ها فقط یک قطبش القایی ناپایدار دارند که به پتانسیل اعمال‌شده بر دی‌الکتریک بستگی دارد اما دی‌الکتریک‌ها با ویژگی‌های الکترتی، علاوه بر این از ذخیرۀ شبه پایدار بار یا قطبش دوقطبی نیز برخورداند. همچنین برخی مواد از خود فروالکتریسیته نشان می‌دهند (یعنی آنها با یک قطبش پسماندی در برابر میدان‌های خارجی واکنش نشان می دهند). فروالکتریک‌ها می‌توانند قطبش را برای همیشه حفظ کنند زیرا آنها در یک تعادل ترمودینامیکی قرار دارند بنابراین در خازن‌های فروالکتریک استفاده می‌شوند. گرچه الکترت‌ها دارای حالت نیمه پایدارند، اما آنها از موادی با نشت کم ساخته شده‌اند که می‌توانند بار اضافه یا قطبش را برای سال‌ها حفظ کنند. میکروفون الکترتی یک نوع میکروفون خازنی است که نیاز به منبع تغذیه با استفاده از مادۀ باردار همیشگی را حذف می‌کند.
انواع الکترت
دو نوع الکترت وجود دارد:
- الکترت‌هایی با بار واقعی که شامل بار اضافی یک یا هر دو قطب هستند:
- بر روی سطوح دی‌الکتریک (یک بار سطحی)
- داخل حجم دی‌الکتریک (یک بار فضایی)
- الکترت‌های دوقطبی جهت‌دار که شامل دوقطبی‌های منظم (همسو) هستند. مواد فروالکتریک از این نوع هستند.
الکترت‌های بار فضایی سلولی با بارهای دوقطبی داخلی در حفره‌های ایجاد شده یک دستۀ جدیدی از مواد الکترتی را ایجاد می‌کنند که از فروالکتریک‌ها تقلید می‌کنند؛ بنابراین فروالکترت نامیده می‌شوند. فروالکترت‌ها از خود پیزوالکتریسیتۀ قوی قابل مقایسه با مواد سرامیکی پیزوالکتریکی نشان می‌دهند.
مواد
مواد الکترت در طبیعت کاملاً متداول هستند. به عنوان مثال، کوآرتز و دیگر فرمهای سیلیکون دی اکسید، الکترت‌هایی هستند که به صورت طبیعی واقع می‌شوند.امروزه اکثر الکترت‌ها از پلیمرهای سنتزی مانند فلوئوروپلیمر، پلی پروپیلن، پلی اتیلن ترفتالات و غیره ساخته شده‌اند. الکترت‌های شارژ واقعی یا دارای بارهای اضافه مثبت یا منفی یا هر دو هستند؛ درحالی که الکترت‌های دوقطبی جهت‌دار، شامل دوقطبی‌های جهت‌دار هستند. میدان‌های الکتریکی داخلی یا خارجی شبه پایدار ایجادشده توسط الکترت‌ها، می‌توانند در کاربردهای مختلفی استفاده شوند.
روش تولید
الکترت‌ها می‌توانند از طریق سردکردن یک ماده دی الکتریک مناسب درون یک میدان الکتریکی قوی پس از ذوب کردن آن، ایجاد شوند. این میدان حامل‌های بار را تغییر می‌دهد یا دوقطبی‌های درون ماده را منظم می‌کند.
موادی که برای الکترت‌ها معمولاً استفاده می‌شوند، موم‌ها، پلیمرها یا رزین‌ها هستند. یکی از اولین دستورالعمل‌ها شامل ۴۵٪ موم کارنوبا، ۴۵٪ صمغ صنوبر سفید و ۱۰٪ موم سفید هستند، ذوب می‌شوند و با هم مخلوط می‌شوند و در حالت سردکردن در یک میدان الکتریکی استاتیک با چندین کیلوولت بر سانتی متر نگه داشته می‌شوند. اثر ترمودی الکتریک به این فرایند مربوط می‌شود و برای اولین بار توسط محقق برزیلی جاکومو کاستا ریبری توصیف شد.
الکترت‌ها نیز می‌توانند با قرارگیری بار منفی اضافه درون یک دی الکتریک با استفاده از الکترود شتاب دهنده ذره تولید شوند. بارهای اضافه درون یک الکترت به طورنمایی واپاشیده می‌شود. ثابت واپاشی تابعی از ثابت دی الکتریک نسبی ماده و مقاومت بالک آن است. مواد با مقاومت ویژه بسیار بالا مانند پلی تترافلوئورواتیلن ممکن است بارهای اضافه را برای صدها سال حفظ کند. اکثر الکترت‌های تجاری تولیدشده بر پایه فلئوروپلیمرها هستند(مانند تفلون آمورف) که به فیلم‌های نازک ماشین کاری شده‌اند.
کاربرد
مواد الکترت، جذابیت فنی و تجاری پیدا کرده‌است. به عنوان مثال آنها در میکروفون‌های الکترتی استفاده شده‌اند. آنها همچنین در بعضی از انواع فیلترهای هوا برای جمع آوری الکتروستاتیک ذرات گرد و غبار، در محفظه‌های یونی الکترت برای اندازه گیری تابش یونیزه کننده یا رادن و در ارتعاش انرژی هاروستینگ استفاده شده‌اند.
منابع
- مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Electret». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۱۹ ژانویهٔ ۲۰۲۱.