Measuring Setup for Investigation and Visualization of the Percolation Phenomenon in Non-Оrdered Models of Metal-Dielectric Nanocomposites

Abstract

В статье для исследования явления перколяции и визуализации каналов перколяции использован высоковольтный частичный пробой. Частичный пробой очень похож на квантовое явление туннелирования, наблюдаемое в нанокомпозитах металл-диэлектрик. Как в первом, так и во втором случаях для протекания электрического тока не требуется контакт между частицами металлической фазы. Разработана и изготовлена измерительная установка, предназначенная для измерений моделей нанокомпозитов металл-диэлектрик с использованием высоковольтного частичного пробоя. В состав установки входят: высоковольтный трансформатор с максимальным напряжением до 110 кВ, регулятор напряжения первичной обмотки высоковольтного трансформатора, обеспечивающий постоянную скорость увеличения напряжения, измерительный зонд, вольтметры и компьютер. Сигналы от зонда и вольтметра с целью ограничения помех, связанных с сильным электрическим полем, передаются с использованием оптоэлектронного кабеля. Разработаны и изготовлены двумерные модели нанокомпозитов, в которых частицы металлической фазы в форме металлических дисков размещены случайным образом на поверхности диэлектрической матрицы. Число металлических дисков во время измерений увеличивалось по 40 штук в серии до максимальной величины 1520. Определена зависимость от концентрации металлической фазы одного из существенных параметров высоковольтного частичного пробоя – пороговое напряжение, выше которого между электродами начинает течь ток. На основании этих измерений определён порог перколяции для матрицы со случайным распределением элементов металлической фазы. С помощью фотоаппарата, входящего в состав установки, зарегистрированы фильмы и фотографии явления частичного пробоя между элементами металлической фазы моделей, на которых видны каналы перколяции.