الکترت

الکترت یک ماده دی الکتریک هست که بار الکتریکی نیمه پایداری دارد. یک الکترت میدان‌های الکتریکی داخلی و خارجی تولید می‌کند و معادل الکتروستاتیک یک مگنت پایدار است. با وجود اینکه الیور هویساید این اصطلاح را در ۱۸۸۵ ابداع کرد، مواد با خصوصیات الکترت قبلا در علم شناخته شده بود و از اوایل دهه ۱۷۰۰ بررسی شده بود. یک مثال به خصوص الکتروفورز هست، یک وسیله‌ای که شامل یک ورقه با خصوصیات الکترت و یک صفحه فلزی جداکننده است. الکتروفورز در ابتدا توسط جان کارل ویلک در سوئد و دوباره توسط آلساندرو ولتا در ایتالیا ابداع شد.
شباهت به مگنت‌ها
الکترت‌ها مانند مگنت‌ها دوقطبی هستند. شباهت دیگر، میدان‌های تشعشعی هستند: آنها یک میدان الکتروستاتیک در پیرامونشان تولید می‌کنند (درمقابل یک میدان مغناطیسی). وقتی که یک مگنت و الکترت در نزدیکی یکدیگر قرار می‌گیرند، یک پدیده نسبتا غیرمعمول اتفاق می‌افتد: در حالت سکون، 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 طول یک مسیر ۹۰ درجه‌ای نسبت به جهت پیش بینی شده حرکت به جلو، به جلو هل می‌دهد.
شباهت به خازن
بین الکترت و لایه دی الکتریکی که در خازن‌ها استفاده می‌شود، شباهتی وجود دارد. تفاوت این است که دی الکتریک‌ها در خازن‌ها یک پلاریزاسیون القایی دارند که آن فقط ناپایدار است و به پتانسیل اعمالی بر دی الکتریک بستگی دارد. در حالی که دی الکتریک‌ها با خصوصیات الکترتی، ذخیره بار شبه پایدار یا علاوه بر آن پلاریزاسیون دوقطبی نشان می‌دهند. برخی مواد همچنین فروالکتریسیته نشان می‌دهند یعنی اینکه آنها به میدان‌های خارجی با یک هیسترزیس پلاریزاسیون واکنش نشان می‌دهند؛ فروالکتریک‌ها می‌توانند پلاریزاسیون را به طورهمیشگی حفظ کنند زیرا آنها در یک تعادل ترمودینامیک هستند و در خازن‌های فروالکتریک استفاده شده‌اند. اگرچه الکترت‌ها در حالت نیمه پایدار هستند، آنها از موادی با نشت پایین درست شده‌اند که بار اضافه یا پلاریزاسیون را برای سال‌ها حفظ می‌کنند. میکروفون الکترتی یک نوع میکروفون خازنی است که نیاز به منبع تغذیه با استفاده از ماده باردار دائمی حذف می‌شود.
الکترت یک ماده دی الکتریک پایدار با بارالکتریکی استاتیک شبه پایدار قرارگرفته در آن می‌باشد (که به علت مقاومت بالای ماده، در دوره‌های زمانی تا صد سال، ازبین نمی‌رود یا یک پلاریزاسیون دوقطبی جهتدار شبه پایدار هستند. این نام از الکترون و مگنت آمده‌است و در سال ۱۸۸۵ توسط الیور هویساید اختراع شد؛ در مقایسه با تشکیل یک مگنت توسط جهتگیری نواحی مغناطیسی در یک قطعه آهن. از نظر تاریخی، الکترت‌ها اولین بار توسط ذوب یک ماده دی الکتریک مناسب مانند یک پلیمر یا موم که حاوی مولکول‌های قطبی هستند، ساخته شدند و سپس اجازه دادند به آن دوباره در یک میدان الکتروستاتیک قدرتمند سفت شوند. مولکولهای قطبی دی الکتریک خودشان در جهت میدان الکتروستاتیک منظم می‌شوند و یک الکترت دوقطبی با یک ولتاژ پایدار تولید می‌کنند. الکترت‌های امروزی معمولا با قراردادن بارهای اضافه درون یک دی الکتریک بسیار عایق به عنوان مثال به وسیله یک پرتو الکترونی، یک تخلیه کرونا، تزریق الکترون، شکست الکتریکی در طول یک گپ یا یک سد دی الکتریک و غیره ساخته می‌شوند.
انواع الکترت‌ها
دو نوع الکترت وجود دارد:
الکترت‌های شارژ واقعی که شامل بار اضافه یک یا هر دو قطبش هستند که این‌ها به یکی از دو صورت زیر هستند:
بر روی سطوح دی الکتریک (یک بار سطحی)
داخل حجم دی الکتریک (یک بار فضایی)
الکترت‌های دوقطبی جهتدار که شامل دوقطبی‌های منظم (جهتدار) هستند. مواد فروالکتریک یکی نوع از اینها هستند.
الکترت‌های بارفضایی شبکه‌ای با بارهای دوقطبی داخلی در حفره‌ها، یک دسته جدیدی از مواد الکترتی را فراهم کرد که از فروالکتریک‌ها تقلید می‌کند؛ بنابراین اینها به عنوان فروالکترت‌ها نامیده می‌شوند. فروالکترت‌ها در مقایسه با مواد سرامیکی پیزوالکتریکی، پیزوالکتریسیته قوی نشان می‌دهند.
مواد
مواد الکترت در طبیعت کاملا 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 معمولا 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.