表面電位衰減測試系統(tǒng)

（評估介質(zhì)材料表面電荷動態(tài)衰減行為及陷阱能級分布）

       表面電位衰減測試系統(tǒng)是一款面向材料電學特性研究的高精度、多功能分析設備，專為評估介質(zhì)材料表面電荷動態(tài)衰減行為及陷阱能級分布而設計。系統(tǒng)集高壓極化、溫控、快速信號采集及智能化分析于一體，支持針、柵、板三種電極配置，可模擬不同溫濕度環(huán)境下的材料電荷動態(tài)響應，為絕緣材料、功能薄膜、電子器件等領域的研發(fā)與質(zhì)量控制提供關鍵數(shù)據(jù)支持。

測試原理
表面電位衰減是通過電暈放電給絕緣材料表面進行充電，充電過程中電暈中的電荷會進入材料內(nèi)部。基于陷阱理論，這些空間電荷會被材料內(nèi)部的陷阱所捕獲形成表面電位。材料另一面與地電極相連，在撤去外加電壓后電荷逐漸脫陷從而形成電位衰減過程。電位的衰減主要是由于充電過程中的入陷電荷通過電荷輸運流入地電極形成的。基于以上理論搭建了表面電位衰減測試系統(tǒng)，如圖所示。

        從圖中可知，該測試系統(tǒng)主要由加壓模塊、測量模塊、溫控模塊、傳動模塊和采集模塊等組成。加壓模塊包括高壓直流電源、高壓放大器、信號發(fā)生器；電極模塊包括與高壓放大器相連的針電極、與高壓直流電源相連的均壓網(wǎng)（柵極）和試樣另一面相連的地電極；傳動模塊主要是由與地電極相連的傳送軌道和控制系統(tǒng)組成，可以勻速地將試樣送至高壓探頭下。溫控模塊主要是由與地電極相連的加熱帶和溫控系統(tǒng)組成，以保證被測材料在不同恒溫下進行測量。采集模塊主要包括高壓探頭、高速高壓靜電電壓表、數(shù)據(jù)采集卡和計算機。

系統(tǒng)基于表面電荷動態(tài)衰減法，通過以下步驟實現(xiàn)材料陷阱特性分析：
① 高壓極化：施加±30 kV電壓使樣品表面帶電，形成初始電位；
② 環(huán)境模擬：加熱臺精確控溫（±0.2℃），電極箱調(diào)節(jié)濕度，模擬實際工況；
③ 電位監(jiān)測：極化結(jié)束后，實時采集表面電位衰減信號（精度1 V，頻率＞1 Hz），記錄電位-時間曲線；
④ 數(shù)據(jù)分析：內(nèi)置算法解析衰減速率、陷阱深度及密度分布，量化材料電荷存儲與遷移特性。

技術(shù)規(guī)格
充電電源：±30 kV
加熱臺溫度范圍：室溫 ~ 160 ℃
控溫精度：± 0.2 ℃
輸入電壓：AC 220 V ±10%，50 Hz
額定輸出電壓：0～+30kV
額定輸出電流：≤ 1 mA
電壓調(diào)整率：≤ 0.1%
負載調(diào)整率：≤ 0.5%
穩(wěn)定性：≤ 0.1 %/h
溫度系數(shù)：≤ 0.1 %/℃
測量范圍：0 ~ ±10 kV
測量精度：優(yōu)于滿量程的±0.1%
響應速度：1 kV階躍變化響應時間<200 μs；20 kV階躍變化響應時間<5 ms
（10%~90%）
數(shù)據(jù)采集卡：8路模擬輸入, 100 kS/秒； 16位分辨率
電位測量精度：1V
電位信號采集頻率：高于1秒1次
電位信號采集模塊：配備采集卡，可將電位計采集的信號自動輸入電腦
極化電極：針、柵、板電極
電極材質(zhì)：銀或黃銅
電極支架：配合電極尺寸定制支架，各電極間隙可調(diào)0~100mm動態(tài)可調(diào)
電極箱體：電極箱體可集成安裝電極、電極支架、加熱臺、具備濕度調(diào)節(jié)能力
響應速度：5 ~ 20ms