Étude et caractérisation des interfaces conducteur/isolant par la méthode de l'onde de pression - Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris - PSL
Thèse Année : 2024

Study and characterization of the conductor/insulator interfaces by the pressure wave method

Étude et caractérisation des interfaces conducteur/isolant par la méthode de l'onde de pression

Résumé

The interfaces between a conductor and an insulator are generally assumed to be perfect, meaning that the Debye length in the insulator is considered to be much larger than its thickness. However, this work shows that this is not the case and that interface states generate a contact potential that can significantly alter the behavior of the interface when the material is subjected to a strong electric field. Indeed, the interface dipole responsible for the interface voltage modifies the curvature of the energy bands and thus either promotes or hinders charge injection or extraction. A series of experiments was conducted using the pressure wave method, implemented with a high-power acoustic generator on various polyethylene samples, with different electrodes and under various experimental conditions. The interface dipoles observed through measurement do indeed influence charge injection when the material is under high voltage. It is noteworthy that aluminum has a greater influence, particularly when used with silicone oil. When the insulator does not have electrodes, it is preferable to directly couple it with a carbon-filled polymer and silicone oil rather than deposit electrodes on it under vacuum. The interface dipole observed is indeed closer to that seen with carbon-filled polymer electrodes hot-bonded to the material. Upon applying voltage, charges initially penetrate the sample due to the interface dipole. The migration of these charges then leads to secondary injections caused by a field effect. Fluorinating the surface of the samples did not significantly improve the situation and thus does not act as a shield against charges, but rather as a barrier to the diffusion of impurities.
Les interfaces entre un conducteur et un isolant sont généralement supposées parfaites, c'est-à-dire que la longueur de Debye dans l'isolant est supposée très grande devant son épaisseur. Il est montré dans ce travail que ce n'est pas le cas et que des états d'interface produisent un potentiel de contact qui peut modifier grandement le comportement de l'interface lorsque le matériau est soumis à un champ électrique intense. En effet le dipôle d'interface à l'origine de la tension d'interface modifie la courbure des bandes d'énergie et donc favorise au au contraire contrarie l'injection ou l'extraction de charges. Une série d'expériences a été réalisée en utilisant la méthode d'onde de pression implémentée à l'aide d'un générateur acoustique de forte puissance sur des échantillons de polyéthylène de différents types, avec différentes électrodes et avec différentes conditions expérimentales. Les dipôles d'interface observés par la mesure influent effectivement sur l'injection de charges lorsque le matériau est sous haute tension. On peut remarquer que l'aluminium a une influence plus importante, notamment lorsqu'il est utilisé avec de l'huile silicone. Lorsque l'isolant ne possède pas d'électrodes, il est préférable de le coupler directement à un polymère chargé en carbone avec de l'huile silicone plutôt que de lui déposer des électrodes sous vide. Le dipôle d'interface observé est en effet plus proche de celui observé avec des électrodes en polymère chargé en carbone collées à chaud. Lors de la mise sous tension, on remarque que les charges pénètrent d'abord dans l'échantillon du fait du dipôle d'interface. La migration de ces charges produisent alors des injections secondaires dues à un effet de champ. La fluoration de la surface des échantillons n'a pas significativement amélioré la situation et n'opère donc pas comme un rempart aux charges, mais plutôt comme une barrière à la diffusion d'impuretés.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04849121 , version 1 (19-12-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04849121 , version 1

Citer

Lin Zheng. Étude et caractérisation des interfaces conducteur/isolant par la méthode de l'onde de pression. Sciences de l'ingénieur [physics]. Sorbonne Université, 2024. Français. ⟨NNT : 2024SORUS288⟩. ⟨tel-04849121⟩
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