A irradiação de dielétricos sólidos com feixes eletrônicos tem-se revelado uma poderosa ferramenta na investigação das características de armazenamento e condução de carga elétrica nesses materiais. O presente trabalho faz urna revisão dos resultados que se tem obtido no campo, discute uma equação de transporte para carga em excesso em isolantes amorfos e aplica-la a particulares montagens experimentais. Encontra-se que os efeitos de carga espacial não são em geral importantes para pequenas penetrações do feixe na amostra, mas desempenham papel essencial no caso de elétrons quase-trespassantes. Em particular, obtém-se satisfatória concordância com os resultados experimentais de Spear (1955). / Irradiation of solid dielectric with electron beams has been used as a powerful tool in investigations of charge storage and transport in such materials. The present work reviews some of the results that have been obtained in this area and discusses the formulation of a transport equation for excess charge in irradiated insulators. This equation is subsequently applied to various experimental set-ups . It is found that space charge effects p1ay an essential role in the establishment of stationary currents in samples subject to quasi- -penetrating electron beams. Such effects may, however, be neglected for low electron ranges. Theoretical results are in good agreement with experimental findings by Spear (1955).

Analisa-se no presente trabalho o problema das medidas de relaxação dielétrica a U.B.F. (Ultra Baixa Frequência). Propõe-se um modelo de ponte para tais medidas capaz de varrer o intervalo 10-3 Hz-10Hz, baseada na medida de fase conforme a discussão original de Van Turnhout e colaboradores. Analisa-se também os principais problemas experimentais com tal equipamento de U.B.F. e descreve-se a sua construção e funcionamento. Analisa-se também o modelo teórico de correlação entre medidas de U.B.F. e descarga de eletreto com correntes termo-estimulado. Em particular calculamos uma correção para a expressão integral dado por Van Turnhout e colaboradores que leva em conta a influência da energia de ativação na correlação entre as duas técnicas. Tal conversão é significante para valores da energia de ativação menor que 0,5eV e que ocorrem experimentalmente com frequência / In the present work we investigate the problem of U.L.F. (Ultra Low Frequency) dielectric relaxation. An experimental model is proposed for a bridge covering the range of 10-3Hz-10Hz, based on phase shift measurements originally proposed by Van Turhout and collaborators. We also analyze the main experimental problems with such U.L. F. measurements and describe its construction and performance. We have also investigated the theoretical correlation between U.L.F. dielectric relaxation and electret thermal stimulated currents. We calculate in particular, a correction for the integral expression given by Turnhout and collaborators that takes into account the value of the activation energy in the relation between the two techniques. The correction is important for values of the activation energy below 0,5eV, which occur frequently in dielectric relaxation processes

Analisa-se no presente trabalho o problema das medidas de relaxação dielétrica a U.B.F. (Ultra Baixa Frequência). Propõe-se um modelo de ponte para tais medidas capaz de varrer o intervalo 10-3 Hz-10Hz, baseada na medida de fase conforme a discussão original de Van Turnhout e colaboradores. Analisa-se também os principais problemas experimentais com tal equipamento de U.B.F. e descreve-se a sua construção e funcionamento. Analisa-se também o modelo teórico de correlação entre medidas de U.B.F. e descarga de eletreto com correntes termo-estimulado. Em particular calculamos uma correção para a expressão integral dado por Van Turnhout e colaboradores que leva em conta a influência da energia de ativação na correlação entre as duas técnicas. Tal conversão é significante para valores da energia de ativação menor que 0,5eV e que ocorrem experimentalmente com frequência / In the present work we investigate the problem of U.L.F. (Ultra Low Frequency) dielectric relaxation. An experimental model is proposed for a bridge covering the range of 10-3Hz-10Hz, based on phase shift measurements originally proposed by Van Turhout and collaborators. We also analyze the main experimental problems with such U.L. F. measurements and describe its construction and performance. We have also investigated the theoretical correlation between U.L.F. dielectric relaxation and electret thermal stimulated currents. We calculate in particular, a correction for the integral expression given by Turnhout and collaborators that takes into account the value of the activation energy in the relation between the two techniques. The correction is important for values of the activation energy below 0,5eV, which occur frequently in dielectric relaxation processes

A sensibilidade eletromecânica dos transdutores de eletretos poliméricos resulta em muitas aplicações na engenharia, que motivaram a produção industrial de um filme não homogêneo e eletricamente carregado, denominado filme eletromecânico ou EMFi (ElectroMechanical Film). Um dispositivo alternativo a este EMFi, produzido em nosso laboratório, foi o resultado de uma bolha de ar homogênea termoformada, unida por dois filmes de teflon FEP. Este dispositivo possui uma estrutura similar ao EMFi, mas permite cavidades homogêneas a serem predefinidas e distribuídas no momento em que o dispositivo é produzido, diferindo das células no EMFi com tamanhos diversos e dispersas no interior do filme industrial. A possibilidade de controlar a geometria das bolhas de ar tornou possível o desenvolvimento de um modelo, empregado como uma ferramenta de projeto. A resposta eletromecânica deste transdutor foi modelada e então apresentada neste trabalho. Este modelo analítico avalia o desempenho destes transdutores com somente uma bolha termoformada, para efeitos de simplificação, baseado em capacitores em série, em função da deformação mecânica e da carga elétrica retida no polímero. São representados dinamicamente com parâmetros elétricos e mecânicos, definidos à medida que operam como sensores ou atuadores, com respeito ao limites impostos pela aplicação especificada. O gráfico da resposta em freqüência mostra a freqüência de ressonância e a largura da faixa para meia-amplitude que determina o coeficiente de amortecimento que não pode ser obtido diretamente do modelo analítico. Este gráfico também permite comparar a freqüência natural obtida graficamente com aquela calculada pelo modelo, tornando mais confiável o modelo desenvolvido para o transdutor. Finalmente, melhorias na instrumentação e em condições mais adequadas para os testes são sugeridas, bem como métodos alternativos para trabalhos futuros. / The electromechanical sensibility of polymeric electrets transducers yields many engineering applications which have motivated industrial production of a non-homogeneous and electrically charged film, the so-called electromechanical film (EMFi). An alternative device for this EMFi that has been produced in our laboratory was a homogeneous thermo-formed air bubbles bonded with two teflon FEP films. This device has a structure similar to the EMFi, but allows the homogeneous voids to be pre-defined and distributed at the moment the device is produced, differing the EMFi voids with diverse sizes and dispersed into the industrial film. The possibility to control the air bubbles geometry makes possible the development of a model to be used as a design tool. The electromechanical response of this transducer has been modeled and is presented in this work. Such analytical model evaluates the transducers performance using just a single thermo-formed bubble for simplification purposes, based on series capacitors, which are function of the mechanical deformation and electrical charge trapped in the polymer. They are represented dynamically, with electrical and mechanical parameters being defined as they work as sensors or actuators, regarding the limits imposed by the specified application. A frequency response plot shows the resonance frequency and the bandwidth for the half amplitude, which determines the damper coefficient that cannot be obtained directly from the analytical model. This plot also allows comparison of the natural frequency obtained graphically with the calculated one using the model, making more reliable the transducer model developed. Finally, instrumentation improvements and more suitable test conditions are suggested, as well as alternative methods for future works.

A sensibilidade eletromecânica dos transdutores de eletretos poliméricos resulta em muitas aplicações na engenharia, que motivaram a produção industrial de um filme não homogêneo e eletricamente carregado, denominado filme eletromecânico ou EMFi (ElectroMechanical Film). Um dispositivo alternativo a este EMFi, produzido em nosso laboratório, foi o resultado de uma bolha de ar homogênea termoformada, unida por dois filmes de teflon FEP. Este dispositivo possui uma estrutura similar ao EMFi, mas permite cavidades homogêneas a serem predefinidas e distribuídas no momento em que o dispositivo é produzido, diferindo das células no EMFi com tamanhos diversos e dispersas no interior do filme industrial. A possibilidade de controlar a geometria das bolhas de ar tornou possível o desenvolvimento de um modelo, empregado como uma ferramenta de projeto. A resposta eletromecânica deste transdutor foi modelada e então apresentada neste trabalho. Este modelo analítico avalia o desempenho destes transdutores com somente uma bolha termoformada, para efeitos de simplificação, baseado em capacitores em série, em função da deformação mecânica e da carga elétrica retida no polímero. São representados dinamicamente com parâmetros elétricos e mecânicos, definidos à medida que operam como sensores ou atuadores, com respeito ao limites impostos pela aplicação especificada. O gráfico da resposta em freqüência mostra a freqüência de ressonância e a largura da faixa para meia-amplitude que determina o coeficiente de amortecimento que não pode ser obtido diretamente do modelo analítico. Este gráfico também permite comparar a freqüência natural obtida graficamente com aquela calculada pelo modelo, tornando mais confiável o modelo desenvolvido para o transdutor. Finalmente, melhorias na instrumentação e em condições mais adequadas para os testes são sugeridas, bem como métodos alternativos para trabalhos futuros. / The electromechanical sensibility of polymeric electrets transducers yields many engineering applications which have motivated industrial production of a non-homogeneous and electrically charged film, the so-called electromechanical film (EMFi). An alternative device for this EMFi that has been produced in our laboratory was a homogeneous thermo-formed air bubbles bonded with two teflon FEP films. This device has a structure similar to the EMFi, but allows the homogeneous voids to be pre-defined and distributed at the moment the device is produced, differing the EMFi voids with diverse sizes and dispersed into the industrial film. The possibility to control the air bubbles geometry makes possible the development of a model to be used as a design tool. The electromechanical response of this transducer has been modeled and is presented in this work. Such analytical model evaluates the transducers performance using just a single thermo-formed bubble for simplification purposes, based on series capacitors, which are function of the mechanical deformation and electrical charge trapped in the polymer. They are represented dynamically, with electrical and mechanical parameters being defined as they work as sensors or actuators, regarding the limits imposed by the specified application. A frequency response plot shows the resonance frequency and the bandwidth for the half amplitude, which determines the damper coefficient that cannot be obtained directly from the analytical model. This plot also allows comparison of the natural frequency obtained graphically with the calculated one using the model, making more reliable the transducer model developed. Finally, instrumentation improvements and more suitable test conditions are suggested, as well as alternative methods for future works.

A técnica de injeção de cargas por feixe eletrônico em materiais poliméricos pode ser utilizada como uma importante ferramenta no estudo das propriedades elétricas destes materiais. Fenômenos tais como a emissão eletrônica secundária, o transporte e armazenamento de portadores de carga no volume do material, fenômenos de injeção e condutividade induzida por radiação podem ser observados em películas finas de dielétricos lançando mão desta poderosa técnica. Neste trabalho, utilizamos um canhão de elétrons de energia variável (O a 10 keV) na irradiação de amostras de polianilinas, por nós sintetizadas, para o estudo da emissão secundária e de transporte no volume. Alguns experimentos foram também realizados com o poli(fluoreto de vinilideno), que é um polímero bem mais resistivo que as polianilinas. As medidas de emissão eletrônica foram feitas em circuito aberto, enquanto as medidas de transporte foram obtidas em circuito fechado. Neste segundo tipo de configuração, procuramos fazer uma análise do comportamento da corrente através da amostra pela observação de transientes rápidos (da ordem de 10 ms) de corrente gerados pela injeção de pacotes de carga de penetração bem definida a partir da superfície bombardeada. Propriedades elétricas intrínsecas como a condutividade do material e a permissividade elétrica, e extrínsecas como a condutividade na região irradiada foram utilizadas como parâmetros no ajuste dos resultados experimentais. / Charge injection in polymeric materials by electron beam is a powerful technique in the study of electrical properties of such materials. Secondary emission, transport and storage phenomena, as well as radiation-induced conductivity are among the subjects related to dielectrics that can be investigated. At present work we used an electron beam system (O to 10 keV) to irradiate polyaniline films, synthesized in our laboratory, and to perform studies of secondary emission and transport phenomena. Some experiments were also carried out with poly(viny1idene fluoride), a more resistivity polymer. Secondary emission measurements were carried out in an open-circuit configuration while the transport ones used a short circuit mode. Fast transient phenomena (about 10 ms) were also studied in details. Intrinsic electric properties, such as conductivity and dielectric constant, and extrinsic ones, like the induced conductivity in the irradiated region of the sample, were obtained in the fitting between the model and the experimental results.

O desenvolvimento de piezoeletretos, com estruturas de bolhas pré-moldadas, pelo Grupo de Alta Tensão e Materiais (GATM) da Universidade de São Paulo, abriu novas oportunidades para pesquisas relacionadas com o aprisionamento de cargas elétricas, isto por serem as cargas aprisionadas nas superfícies das bolhas as principais responsáveis pelo desempenho dos piezoeletretos. Logo o objetivo deste trabalho é estudar a influência de alguns fatores externos no aprisionamento de cargas na superfície dos polímeros. E para explorar fatores como temperatura e ação de reagentes químicos utilizados na limpeza dos filmes, foi desenvolvido, baseado no método de sensor capacitivo, um dispositivo capaz de realizar medidas sensíveis de cargas superficiais. Outro objetivo foi a implementação de uma metodologia que permita realizar medidas de forma repetitiva e segura. Por ser o material utilizado no preparo dos piezoeletretos do grupo, o principal polímero estudado neste trabalho foi o Teflon® FEP embora o dispositivo desenvolvido permita as medidas de qualquer material polimérico. / The development of new piezoelectrets with bubbles structures by the High- Voltage and Materials Group (GATM) at University of São Paulo, create new opportunities to investigate external parameters that can affect the charge storage in polymer surfaces, since the efficiency of this piezoelectrets depends on the density of charges trapped on the internal surface of the bubbles. Now the aim of this work is to study the influence of a few external factors on the charges trapped over the polymer surface. To explore factors like temperature, chemical reaction due the sample cleaning, a sensitive charge measurement device based on the capacitor probe method is going to be implemented together with a methodology that allow reproducibility of the measurements. The polymer that is going to be investigated in this work is the Teflon® FEP, the same material used in the preparation of the piezoelectrets by the group. Nevertheless, this research can be extended to order polymeric materials.

O desenvolvimento de piezoeletretos, com estruturas de bolhas pré-moldadas, pelo Grupo de Alta Tensão e Materiais (GATM) da Universidade de São Paulo, abriu novas oportunidades para pesquisas relacionadas com o aprisionamento de cargas elétricas, isto por serem as cargas aprisionadas nas superfícies das bolhas as principais responsáveis pelo desempenho dos piezoeletretos. Logo o objetivo deste trabalho é estudar a influência de alguns fatores externos no aprisionamento de cargas na superfície dos polímeros. E para explorar fatores como temperatura e ação de reagentes químicos utilizados na limpeza dos filmes, foi desenvolvido, baseado no método de sensor capacitivo, um dispositivo capaz de realizar medidas sensíveis de cargas superficiais. Outro objetivo foi a implementação de uma metodologia que permita realizar medidas de forma repetitiva e segura. Por ser o material utilizado no preparo dos piezoeletretos do grupo, o principal polímero estudado neste trabalho foi o Teflon® FEP embora o dispositivo desenvolvido permita as medidas de qualquer material polimérico. / The development of new piezoelectrets with bubbles structures by the High- Voltage and Materials Group (GATM) at University of São Paulo, create new opportunities to investigate external parameters that can affect the charge storage in polymer surfaces, since the efficiency of this piezoelectrets depends on the density of charges trapped on the internal surface of the bubbles. Now the aim of this work is to study the influence of a few external factors on the charges trapped over the polymer surface. To explore factors like temperature, chemical reaction due the sample cleaning, a sensitive charge measurement device based on the capacitor probe method is going to be implemented together with a methodology that allow reproducibility of the measurements. The polymer that is going to be investigated in this work is the Teflon® FEP, the same material used in the preparation of the piezoelectrets by the group. Nevertheless, this research can be extended to order polymeric materials.

A técnica de injeção de cargas por feixe eletrônico em materiais poliméricos pode ser utilizada como uma importante ferramenta no estudo das propriedades elétricas destes materiais. Fenômenos tais como a emissão eletrônica secundária, o transporte e armazenamento de portadores de carga no volume do material, fenômenos de injeção e condutividade induzida por radiação podem ser observados em películas finas de dielétricos lançando mão desta poderosa técnica. Neste trabalho, utilizamos um canhão de elétrons de energia variável (O a 10 keV) na irradiação de amostras de polianilinas, por nós sintetizadas, para o estudo da emissão secundária e de transporte no volume. Alguns experimentos foram também realizados com o poli(fluoreto de vinilideno), que é um polímero bem mais resistivo que as polianilinas. As medidas de emissão eletrônica foram feitas em circuito aberto, enquanto as medidas de transporte foram obtidas em circuito fechado. Neste segundo tipo de configuração, procuramos fazer uma análise do comportamento da corrente através da amostra pela observação de transientes rápidos (da ordem de 10 ms) de corrente gerados pela injeção de pacotes de carga de penetração bem definida a partir da superfície bombardeada. Propriedades elétricas intrínsecas como a condutividade do material e a permissividade elétrica, e extrínsecas como a condutividade na região irradiada foram utilizadas como parâmetros no ajuste dos resultados experimentais. / Charge injection in polymeric materials by electron beam is a powerful technique in the study of electrical properties of such materials. Secondary emission, transport and storage phenomena, as well as radiation-induced conductivity are among the subjects related to dielectrics that can be investigated. At present work we used an electron beam system (O to 10 keV) to irradiate polyaniline films, synthesized in our laboratory, and to perform studies of secondary emission and transport phenomena. Some experiments were also carried out with poly(viny1idene fluoride), a more resistivity polymer. Secondary emission measurements were carried out in an open-circuit configuration while the transport ones used a short circuit mode. Fast transient phenomena (about 10 ms) were also studied in details. Intrinsic electric properties, such as conductivity and dielectric constant, and extrinsic ones, like the induced conductivity in the irradiated region of the sample, were obtained in the fitting between the model and the experimental results.

No final da década de 90, foi observado que filmes de espumas poliméricas carregadas eletricamente poderiam apresentar elevados coeficientes piezoelétricos quando eletricamente carregados. Isso devido a macro dipolos elétricos, formados por cargas elétrica opostas aprisionadas nas superfícies internas das cavidades do material. Esses filmes porosos, receberam os nomes de piezoeletretos ou ferroeletretos. Inicialmente produzidos por microextrusão aerada a partir de polipropileno, esses piezoeletretos estimularam as pesquisas devido aos elevados coeficientes piezoelétricos apresentados. No entanto, à baixa estabilidade térmica desse material, limitou sua aplicação em temperaturas mais elevadas. Isso direcionou as pesquisas para técnicas de produção de espumas com outros materiais. Recentemente, uma nova abordagem com dois filme de Teflon FEP moldados e colados por fusão, mostrou-se viável na produção de estruturas com cavidades fechadas. Por meio desse processo termo-moldado, não só estruturas termicamente mais estáveis foram produzidas mas também com elevados coeficientes piezoelétricos. Porém a principal vantagens desse processo foi a possibilidade de produzir estruturas com cavidades bem definidas, o que permite um carregamento mais uniforme e controle na freqüência de ressonância. Contudo, todos os processos de produção de piezoeletretos apresentados, possuem algumas limitações, como, por exemplo, o controle efetivo das cavidades e limites quanto ao número de camadas, o que tem se observado aumenta a resposta elétrica. Neste trabalho, é apresentada uma nova técnica para a produção de piezoeletretos, baseada em um sistema de laminação. Este possibilita elaborar estruturas com total controle das cavidades, através da fusão de dois poliméricos juntamente com um molde pré-fabricado. Os coeficientes piezoelétricos obtidos com essas estruturas foram similares aos encontrados nas espumas e termicamente mais estáveis quando produzidas com fluoropolímeros. Ainda neste trabalho foram analisadas a influência da altura e largura das cavidades no coeficiente piezoelétrico, o comportamento de estruturas formadas com diferentes polímeros, e também a versatilidade de estruturas com múltiplas camadas. / At the end of 90´s, it was observed that electrically charged foams made from polymers films could exhibit very high piezoelectric coefficients, due to macro-dipoles formed by trapped charges in the inner surfaces of the internal voids of the film. This films with small cavities after has been electrically charged received the names of piezoelectrets or ferroelectrects. They were initially prepared from polypropylene grains extruded into films in a physical blow process. However, the low thermal stability of the piezoelectric coefficient presentec by this voided films, motivated researches to explore different materials which were thermically more stables. Recently a new approach, were two Teflon FEP films were molded and fused to produce cavities with bubbles shapes was presented. These thermo-fused structures reveal also to present very high piezoelectric coefficients, after received properly charging. One of the major advantages of this molded structures piezoelectrets is the possibility to create piezoelectrets with well defined voids, which is supposed to provide a more homogeneous charging and a broadband frequency control. Nevertheless, the methods to produce homogenic structures developed so far are still facing problems to control the cavities and to create multi-layer structures. In this work a new process to produce piezoelectrets is presented. The method based on the lamination of two polymer films with a pre-fabricated template provides full control of the air cavities. After the template is removed, a well defined open channel structures is formed. Later when electrodes are deposited on both sides of the fused films the structure is electrically chargec and a piezoelectret with piezoelectric coefficients similar to the foams is formed. With this new controlled process to prepare piezoeletrets several parameters of the cavities were investigated, including the comparison of ferroelectretcs made from different materials and multi-layers samples.