CN105036065B - 一种基于射线的驻极体极化装置及其极化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于射线的驻极体极化装置及其极化方法。本发明的驻极体极化装置包括：防护箱体、射线发生器、样品固定组件、支撑架、金属薄膜和高压偏置电源；射线覆盖区域内的金属薄膜、待极化的驻极体样品和样品台周围空间充满高密度等离子体；接高电压的金属薄膜与接地的导电样品台之间形成了高压偏置电场；等离子体内的正电荷和负电荷在偏置高压电场的作用下分离并沿着相反方向移动，从而实现特定电性的电荷吸附在待极化的驻极体样品的表面。本发明无需真空环境、结构简单、快速高效；极化时间可从传统的电晕极化5～20分钟时间缩短到10秒量级；同时实现了对封装外壳内的驻极体进行快速极化。

Description

一种基于射线的驻极体极化装置及其极化方法
技术领域
本发明涉及驻极体极化，具体涉及一种基于射线的驻极体极化装置及其极化方法。
背景技术
驻极体包括驻极体基体及其表面的极化电荷。极化技术是实现驻极体获取高密度电荷的唯一手段，对于驻极体式微机电系统的性能起到决定性作用，是开展驻极体微机电系统研究的首要关键技术。国内外专家学者对于驻极体的极化技术开展了广泛的研究。现有的经典的驻极体极化方式为电晕极化，它是利用空气高压电晕放电机理，然而产生的离子不能穿透有阻挡的固体介质，只能极化裸露的驻极体，且极化时间长达10～30分钟，因此电晕极化无法对于封装后的驻极体进行极化。
发明内容
针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于射线的驻极体极化装置及其极化方法，即可对裸露的、又可对一定厚度封装外壳内的驻极体进行高效快速的极化。
本发明的一个目的在于提供一种基于射线的驻极体极化装置。
本发明的基于射线的驻极体极化装置包括：防护箱体、射线发生器、样品固定组件、支撑架、金属薄膜和高压偏置电源；其中，防护箱体为具有射线防护功能的金属箱体结构；射线发生器包括放置在防护箱体外部的射线供电装置以及与其相连接的设置在防护箱体内的顶部的射线发生装置和射线照射装置；样品固定组件设置在防护箱体内的底部且正对射线发生装置和射线照射装置，包括绝缘的样品台支柱以及设置在其上的导电的样品台；待极化的驻极体样品的下表面涂覆有金属背电极，放置在导电的样品台上，实现了金属背电极与样品台的电学连通；在样品台上且在待极化的驻极体样品外设置绝缘的支撑架，在支撑架上设置金属薄膜覆盖待极化的驻极体样品，并且金属薄膜与待极化的驻极体样品之间具有间距；金属薄膜和样品台分别通过导线连接至防护箱体外的高压偏置电源的高压端和接地端。
防护箱体包括金属的箱体外壳以及在其内壁附着的塑性绝缘材料；防护箱体的金属外壳厚度大于5mm，用于防护射线辐射；塑性绝缘材料的厚度在2～5cm之间，用于防止极化过程的高压电与防护箱体的电学绝缘。防护箱体的一侧设置具有观察窗的门，位置略高于样品固定组件的上表面，以通过观察窗观察驻极体样品的极化过程。
射线发生器为强度可调的α射线源、β射线源、γ射线源以及X射线源中的一种。射线发生装置激发其中一种放射源而后通过射线照射装置辐射高能的射线使得空气分子电离，从而产生诸如CO3 -、(H2O)2H+、O2 -、H3O+等的高密度正、负电荷。
高压偏置电源为高压直流电压源，可产生±1V～±10kV直流电压，并带有漏电流检测反馈功能，防止驻极体样品电学击穿。
金属薄膜的材料采用易被射线穿透的金属薄膜，如铝薄膜，厚度在100nm～200nm之间。
驻极体样品可以是裸露的驻极体，也可以封装在封装外壳的驻极体。封装外壳采用是铝、聚碳酸酯以及是石英中一种。
金属背电极的材料采用的材料采用铝、金和铜中的一种，厚度在100nm～500nm之间。
此外，驻极体极化装置还包括射线强度剂量笔和智能报警器，分别安装在防护箱体的外壁，射线强度剂量笔连接至智能报警器，智能报警器连接至射线供电装置；射线强度剂量笔测量防护箱体外的射线强度，当射线强度超过安全阈值(行业规定)的人体安全范围时，智能报警器报警并切断射线供电装置的电源。
本发明的另一个目的在于提供一种基于射线的驻极体极化方法。
本发明的基于射线的驻极体极化方法，包括以下步骤：
1)下表面涂覆有金属背电极的待极化的驻极体样品放置在导电的样品台上，金属薄膜覆盖待极化的驻极体样品；
2)射线供电装置控制射线发生装置激发放射源，通过射线照射装置向待极化的驻极体样品发射射线，在射线覆盖的区域产生等离子体；
3)射线覆盖区域内的金属薄膜、待极化的驻极体样品和样品台周围充满等离子体；
4)开启高压偏置电源，连接高压偏置电源的金属薄膜与样品台之间产生高压偏置电场，若射线强度剂量笔测量射线强度未超过安全阈值，则正常工作进入步骤5)，否则，若射线强度超过安全阈值，智能报警器报警并立即控制射线供电装置停止工作；
5)等离子体内的正电荷和负电荷在高压偏置电源提供的偏置电场力的作用下分离并沿着相反方向移动，从而实现正电荷或负电荷吸附在待极化的驻极体样品的表面；
6)驻极体样品的表面吸附的电荷趋于饱和状态时，极化结束。
其中，在步骤1)中，金属薄膜与待极化的驻极体样品之间的间距在0.5mm～3cm之间。金属背电极的材料采用铝、金和铜的常用金属材料中的一种。
在步骤6)中，经过大于10秒极化后，驻极体样品的表面吸附的电荷趋于饱和状态，极化结束；可通过高压偏置电源的漏电流检测反馈功能观测漏电流是否趋于饱和。
基本原理为：射线发生装置激发放射源，通过射线照射装置向待极化的驻极体样品发射射线，在射线覆盖的区域产生等离子体；射线覆盖区域内的金属薄膜、待极化的驻极体样品和样品台周围空间充满高密度等离子体；接高电压的金属薄膜与接地的导电样品台之间形成了高压偏置电场；等离子体内的正电荷和负电荷在偏置高压电场的作用下分离并沿着相反方向移动，从而实现特定电性(或正，或负)的电荷被待极化的驻极体样品的表面吸附。
本发明的优点：
本发明采用基于射线的驻极体极化装置及其极化方法，无需真空环境、结构简单、快速高效，极化时间可从传统的电晕极化5～20分钟时间缩短到10秒量级；同时实现了对封装外壳内的驻极体进行快速极化。
附图说明
图1为本发明的基于射线的驻极体极化装置的一个实施例的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例的基于射线的驻极体极化装置包括：防护箱体1、射线发生器、样品固定组件、支撑架4、金属薄膜5、高压偏置电源6和射线强度剂量笔和智能报警器7；其中，防护箱体1防护箱体包括金属的箱体外壳11以及在其内壁附着的塑性绝缘材料12；射线发生器包括设置在防护箱体外部的射线供电装置21以及与其相连接的设置在防护箱体内的顶部的射线发生装置22和射线照射装置23；样品固定组件设置在防护箱体内的底部且正对射线发生和射线照射装置，包括绝缘的样品台支柱31以及设置在其上的导电的样品台32；待极化的驻极体样品0的下表面涂覆有金属背电极，放置在样品台32上；在样品台32上且在待极化的驻极体样品外设置绝缘的支撑架4，在支撑架4上设置金属薄膜5覆盖待极化的驻极体样品0；金属薄膜5和样品台32分别通过导线连接至防护箱体外的高压偏置电源6的高压端和接地端；射线强度剂量笔和智能报警器7安装在防护箱体1的外壁。
最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种基于射线的驻极体极化装置，其特征在于，所述驻极体极化装置包括：防护箱体、射线发生器、样品固定组件、支撑架、金属薄膜和高压偏置电源；其中，所述防护箱体为具有射线防护功能的金属箱体结构；所述射线发生器包括放置在防护箱体外部的射线供电装置以及与其相连接的设置在防护箱体内的顶部的射线发生装置和射线照射装置；所述样品固定组件设置在防护箱体内的底部且正对射线发生装置和射线照射装置，包括绝缘的样品台支柱以及设置在其上的导电的样品台；所述待极化的驻极体样品的下表面涂覆有金属背电极，放置在导电的样品台上，实现了金属背电极与样品台的电学连通；在样品台上且在待极化的驻极体样品外设置绝缘的支撑架，在支撑架上设置金属薄膜覆盖待极化的驻极体样品，并且金属薄膜与待极化的驻极体样品之间具有间距；所述金属薄膜和样品台分别通过导线连接至防护箱体外的高压偏置电源的高压端和接地端。
2.如权利要求1所述的驻极体极化装置，其特征在于，所述防护箱体的金属外壳厚度大于5mm；所述塑性绝缘材料的厚度为2～5cm。
3.如权利要求1所述的驻极体极化装置，其特征在于，所述射线发生器为强度可调的α射线源、β射线源、γ射线源以及X射线源中的一种。
4.如权利要求1所述的驻极体极化装置，其特征在于，所述金属薄膜的材料采用易被射线穿透的金属薄膜，厚度为100nm～200nm。
5.如权利要求1所述的驻极体极化装置，其特征在于，所述金属背电极的材料采用铝、金和铜中的一种，厚度为100nm～500nm。
6.如权利要求1所述的驻极体极化装置，其特征在于，所述驻极体样品是裸露的驻极体，或者是封装在封装外壳内的驻极体；所述封装外壳采用铝、聚碳酸酯以及石英中一种。
7.如权利要求1所述的驻极体极化装置，其特征在于，还包括射线强度剂量笔和智能报警器，分别安装在防护箱体的外壁，所述射线强度剂量笔连接至智能报警器，所述智能报警器连接至射线供电装置。
8.一种基于射线的驻极体极化方法，其特征在于，所述驻极体极化方法包括以下步骤：
1)下表面涂覆有金属背电极的待极化的驻极体样品放置在导电的样品台上，金属薄膜覆盖待极化的驻极体样品；
2)射线供电装置控制射线发生装置激发放射源，通过射线照射装置向待极化的驻极体样品发射射线，在射线覆盖的区域产生等离子体；
3)射线覆盖区域内的金属薄膜、待极化的驻极体样品和样品台周围充满等离子体；
4)开启高压偏置电源，连接高压偏置电源的金属薄膜与样品台之间产生高压偏置电场，若射线强度剂量笔测量射线强度未超过安全阈值，则正常工作进入步骤5)，否则，若射线强度超过安全阈值，智能报警器报警并立即控制射线供电装置停止工作；
5)等离子体内的正电荷和负电荷在高压偏置电源提供的偏置电场力的作用下分离并沿着相反方向移动，从而实现正电荷或负电荷吸附在待极化的驻极体样品的表面；
6)驻极体样品的表面吸附的电荷趋于饱和状态时，极化结束。
9.如权利要求8所述的驻极体极化方法，其特征在于，在步骤1)中，金属薄膜与待极化的驻极体样品之间的间距为0.5mm～3cm；金属背电极的材料采用铝、金和铜中的一种。
10.如权利要求8所述的驻极体极化方法，其特征在于，在步骤6)中，经过大于10秒极化后，驻极体样品的表面吸附的电荷趋于饱和状态，极化结束；通过高压偏置电源的漏电流检测反馈功能观测漏电流是否趋于饱和。
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