Quá trình phân cực và dẫn điện của vật liệu pen dưới ứng suất điện - Nhiệt

SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 48.2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 53
QUÁ TRÌNH PHÂN CỰC VÀ DẪN ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU PEN 
DƯỚI ỨNG SUẤT ĐIỆN - NHIỆT 
POLARIZATION AND CONDUCTION PROCESSES OF PEN FILM UNDER THERMO - ELECTRICAL STRESSES 
Hoàng Mai Quyền1,*, Nguyễn Mạnh Quân1 
TÓM TẮT 
Phép đo dòng điện phân cực sole (APC), dòng điện dẫn ở điện trường cao và 
điện phát quang (EL) được thực hiện trên vật liệu poly(ethylene naphthalene 
2,6-dicarboxylate) (PEN) - một polyester cực tính cao. Mục đính của nghiên cứu 
là tìm hiểu quá trình phân cực và dẫn điện trong vật liệu dưới tác dụng của ứng 
suất điện - nhiệt. Khi đặt điện môi dưới điện trường và nhiệt độ thấp, những 
đường đặc tính dòng điện - thời gian đo được tuyến tính trong hệ tọa độ logarit, 
chứng tỏ chúng được hình thành bởi chủ yếu là quá trình phân cực. Tuy nhiên, 
những kết quả nhận được ở điện trường và/hoặc nhiệt độ cao lại cho những 
đường đặc tính phi tuyến, ở đây quá trình phân cực và dẫn điện cùng nhau góp 
phần hình thành nên dòng điện ngoài. Từ phép đo EL, điện trường ngưỡng được 
xác định trong khoảng từ 210 đến 240kV/mm đối với tất cả các nhiệt độ đo. Từ 
điện trường này, tín hiệu EL được coi như gây ra bởi sự kết hợp của các điện tích 
trái dấu. 
Từ khoá: PEN; phân cực điện; dẫn điện; APC; điện phát quang 
ABSTRACT 
Alternate polarization current (APC) measurements, conduction current at 
high electrical field and electroluminescence (EL) measurements were carried 
out on poly(ethylene naphthalene 2,6-dicarboxylate) (PEN), a polar polyester. 
The aim to develop and understanding of the polarization and conduction 
processes at play in this material under thermo-electrical stresses. When 
polarizing at low field and at low temperature, linear current-time curves were 
observed in logarithm scale, so dominant polarization process associated. 
However, results observed at high field or/and high temperature shown non-
linear characteristics, so polarization and conduction processes associated. For 
the EL measurements, a threshold field was determined at environ from 210 to 
240kV/mm for all temperatures. From this field, the EL signal observed was 
interpreted as deriving from recombination of opposite sign charges. 
Keywords: PEN; polarization; conduction; APC; electroluminescence. 
1Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 
*Email: hoangmaiquyen@haui.edu.vn 
Ngày nhận bài: 10/01/2018 
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 30/3/2018 
Ngày chấp nhận đăng: 21/8/2018 
Phản biện khoa học: TS. Trần Anh Tùng 
KÝ HIỆU 
Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa 
σ S/m Điện dẫn suất 
U V Hiệu điện thế 
I A Cường độ dòng điện 
E V/m Cường độ điện trường 
J A/m2 Mật độ dòng điện 
S 
d 
m2 
m 
Tiết diện của điện cực 
Chiều dày lớp điện môi 
CHỮ VIẾT TẮT 
PEN Poly(ethylene naphthalene 2,6-dicarboxylate) 
APC Alternate polarization current 
LDPE 
HDPE 
PET 
EL 
Low-density polyethylene 
High-density polyethylene 
Polyethylene terephthalate 
Electroluminescence 
cps Counts per second 
1. GIỚI THIỆU 
Vật liệu cách điện rắn được sử dụng ngày càng rộng rãi 
trong các ngành kỹ thuật điện, điện tử và công nghiệp 
năng lượng. Nhờ những ưu điểm nổi trội về khả năng cách 
điện và độ bền, chúng được sử dụng như là cách điện chính 
của cáp, động cơ, tụ điện Việc nghiên cứu về các hiện 
tượng vật lý xảy ra bên trong vật liệu cách điện khi đặt dưới 
tác dụng của các ứng suất điện - nhiệt là rất cần thiết. 
Những quá trình xảy ra bên trong vật liệu có thể làm thay 
đổi điện trường ngoài, tính chất cơ học và tuổi thọ của vật 
liệu, từ đó tác động đến quá trình làm việc của thiết bị và 
hệ thống. Quá trình phân cực và dẫn điện là hai quá trình 
chủ yếu xảy ra trong chế độ làm việc bình thường của vật 
liệu cách điện khi đặt dưới tác dụng của điện trường. Nhiều 
nghiên cứu thực nghiệm cũng như mô phỏng về hai hiện 
tượng phân cực và dẫn điện đã được thực hiện trên nhiều 
vật liệu cách điện rắn khác nhau [1-5], trong đó nhiều nhất 
là các nghiên cứu về hiện tượng dẫn điện trong vật liệu 
Polyethylene - một vật liệu được nghiên cứu và ứng dụng 
rộng rãi với các thông số vi mô bên trong vật liệu đã được 
xác định từ nhiều thí nghiệm trước đó. Tuy nhiên, sự phát 
triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp polymer đã cho ra 
đời nhiều vật liệu mới có độ bền cách điện, độ bền nhiệt và 
tuổi thọ cao hơn. Trong bài báo này, chúng tôi lựa chọn 
nghiên cứu thực nghiệm trên vật liệu PEN, một loại vật liệu 
cách điện có cực tính cao (polar material) do đó giúp làm 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 48.2018 54
KHOA HỌC
nổi bật hiện tượng phân cực của vật liệu. Nghiên cứu của 
chúng tôi nằm trong mục đích đặc tính hóa các hiện tượng 
vật lý xảy ra trong quá trình làm việc của vật liệu PEN cũng 
như xác định các thông số vi mô bên trong vật liệu từ đó 
giúp mô hình hóa và cải thiện điều kiện sử dụng vật liệu 
này trong thực tế. Chúng tôi sử dụng các phương pháp 
thực nghiệm như APC, phép đo dòng điện dưới điện 
trường cao và phép đo điện phát quang để thu được các 
đường đặc tính về dòng điện ngoài và sự phát quang theo 
thời gian, qua đó phân tích sự ảnh hưởng và vai trò của quá 
trình phân cực và dẫn điện lên vật liệu cách điện dưới ứng 
suất điện - nhiệt. 
2. MẪU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO 
Vật liệu thí nghiệm là PEN bán kết tinh dạng phim, có 
nhiệt độ nóng chảy là 269°C và nhiệt độ thủy tinh hóa là 
121°C [6]. 
Với mục đích thu được dòng điện thuần phân cực, 
phương pháp thực nghiệm APC (dòng điện phân cực so le) 
[7] được thực hiện trên vật liệu PEN. Với những điện trường 
có giá trị rất nhỏ được đặt lên hai cực của mẫu thí nghiệm, 
hiện tượng phun điện tích không gian vào bên trong thể 
tích điện môi và dòng điện dẫn đạt cực tiểu, thậm chí có 
thể bỏ qua ở những nhiệt độ đo thấp. Phương thức đo thực 
nghiệm được giới thiệu trên hình 1. Vật mẫu được đặt dưới 
lần lượt các điện trường có cường độ E0 và –E0 trong nhiều 
nửa chu kì T/2. Cực điện trường được thay đổi sau mỗi nửa 
chu kì có tác dụng loại trừ “hiệu ứng bộ nhớ” của những lần 
tác dụng liên tiếp của điện trường [8]. Nghĩa là, dòng điện 
đo được trong lần tác dụng của điện trường sau không bị 
hưởng bởi những lần tác dụng của điện trường trước đó. 
Dòng điện thu được sau cùng là dòng trung bình của tất cả 
các dòng điện đo được trong các nửa chu kì. Việc này giúp 
loại bỏ nhiễu của dòng điện thu được. Điều này rất quan 
trọng do dòng điện phân cực dưới điện trường thấp có giá 
trị rất nhỏ và chỉ lớn hơn độ chính xác của dụng cụ đo một 
ít. Trong nghiên cứu của chúng tôi, mẫu thí nghiệm có độ 
dày 188μm, đường kính 80mm, tại trung tâm mỗi mặt phim 
được phủ một lớp kim loại bằng vàng có đường kính 60mm 
và độ dày 30nm. Chúng tôi đã đặt vật mẫu dưới điện 
trường thấp có cường độ 0,05kV/mm trong 5 nửa chu kì 
1000s và trong dải nhiệt độ từ 25°C đến 90°C. 
Hình 1. Phương thức đo APC 
Với mục đích thu được dòng điện tích hợp hai hiện 
tượng phân cực và dẫn điện, phép đo dòng điện dưới điện 
trường mạnh và phép đo điện phát quang [9] được thực 
hiện. Hai phép đo này được thực hiện đồng thời trong thiết 
bị thí nghiệm như hình 2. 
Photo-multiplicator
Cách điện
Mẫu thí nghiệm
Bơm Bộ nạp khí Nitơ
S
ự
p
h
á
t
q
u
a
n
g
Ống thu
quang học
Nguồn cao áp
(DC, AC)
Máy đo dòng
điện (DC)
Hình 2. Thiết bị thí nghiệm của phép đo điện phát quang 
Điện áp cao được cung cấp từ nguồn một chiều có khả 
năng thay đổi giá trị điện áp tự động nhờ phương thức cài 
đặt sẵn điện áp trong máy tính trước thí nghiệm. Khi điện 
áp đặt lên hai cực của vật mẫu, dòng điện đi qua điện môi 
được đo bởi máy đo dòng có độ chính xác đến 5.10-15A. Hệ 
thống điện cực và vật mẫu được đặt trong một vỏ kim loại 
rỗng và kín. Vỏ kín này giúp điều khiển áp suất khí bên 
trong và tránh ánh sáng bên ngoài lọt vào. Khí bên trong 
lớp vỏ kim loại được rút tới trạng thái chân không với áp 
suất 10-9bar. Sau đó khí Nitơ được bơm vào làm môi trường 
thí nghiệm giúp giảm nhiễu cho dòng điện đo được. Nhiệt 
độ thí nghiệm có thể được điều chỉnh từ -20 tới 90°C với sự 
trợ giúp của một bộ nguồn nhiệt và hệ thống tuần hoàn 
nước. Ống nhân quang điện (Photo-multiplicator) nhận 
những photon được phát ra từ vật liệu trong quá trình tác 
dụng của điện áp, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu điện và 
được ghi lại bởi máy tính. 
Trong phép đo dòng điện dưới điện trường mạnh và 
phép đo điện phát quang, chúng tôi sử dụng các vật mẫu 
PEN dày 25μm, đường kính 100mm, tại trung tâm mỗi mặt 
phim được phủ một lớp kim loại bằng vàng có đường kính 
50mm và độ dày 30nm. Hình 3 giới thiệu phương thức đo 
của hai phép đo này. 
Hình 3. Phương thức đo của phép đo dòng điện và điện phát quang 
SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 48.2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 55
Cường độ điện trường được tăng từ 30 đến 300kV/mm 
(gần giá trị cường độ điện trường đánh thủng của PEN), với 
các bước tăng là 30kV/mm. Với mỗi giá trị của cường độ điện 
trường, vật mẫu được đặt dưới điện trường trong một giờ, 
sau đó khử phân cực trong một giờ. Các phép đo được thực 
hiện trong dải nhiệt độ từ nhiệt độ phòng (25°C) đến 90°C. 
3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 
3.1. Dòng điện đo tại điện trường thấp (APC) 
Để loại bỏ ảnh hưởng của tiết diện điện cực, độ dày lớp 
điện môi trong so sánh các dòng điện đo được bởi các 
phương pháp đo khác nhau, chúng tôi chuẩn hóa dòng 
diện bằng cách sử dụng đại lượng điện dẫn suất σ. Với σ 
được tính theo công thức (1). 
.
.
 
J I d
E S U
 (1) 
Hình 4 biểu diễn điện dẫn suất (dòng điện chuẩn hóa) 
trong PEN theo thời gian tại những nhiệt độ khác nhau. Với 
các nhiệt độ không vượt quá 70°C, điện dẫn suất giảm 
tuyến tính theo thời gian trong hệ tọa độ logarit thập phân. 
Ở nhiệt độ 90°C, sự giảm tuyến tính chỉ được quan sát thấy 
ở khoảng thời gian ngắn, sau đó, điện dẫn suất có xu 
hướng giảm chậm hơn theo một đường không tuyến tính. 
10 100 1000
10
-16
10
-15
10
-14
10
-13
 25°C
 50°C
 70°C
 90°C
 
(S
/ m
)
t (s) 
Hình 4. Điện dẫn suất đo ở điện trường thấp bằng phương pháp APC 
Dòng điện chạy qua lớp điện môi dưới tác dụng của 
điện trường được phân tích thành hai thành phần: thành 
phần do hiện tượng phân cực chậm (phân cực định hướng 
hoặc phân cực lưỡng cực) gây ra gọi là dòng điện phân cực; 
và thành phần do hiện tượng dẫn điện bởi các điện tích 
không gian trong khối điện môi gây ra gọi là dòng điện 
dẫn. Dòng điện phân cực giảm tuyến tính theo thời gian 
trong hệ trục tọa độ logarit thập phân. Dòng điện dẫn giảm 
chậm hơn dòng điện phân cực và có xu hướng tiến tới một 
giá trị xác lập [4]. Dòng điện này tăng theo lượng điện tích 
không gian được phun vào thể tích khối điện môi theo cơ 
chế Schottky [10,11]. Theo đó, khi cường độ điện trường và 
nhiệt độ tăng, lượng điện tích không gian xuất hiện trong 
khối điện môi càng nhiều và dòng điện dẫn càng tăng. Như 
vậy, chúng ta có thể xem rằng, cho đến 70°C, dòng điện đo 
được tại điện trường thấp chủ yếu do quá trình phân cực 
gây nên. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng, quá trình phân cực 
chỉ thống trị trong khoảng thời gian ngắn (phần đầu đường 
đặc tính) và quá trình dẫn điện trở thành quá trình chủ yếu 
trong khoảng thời gian dài (phần sau đường đặc tính). Nếu 
nhiệt độ đủ lớn, phương pháp APC không thể phản chiếu 
được hiện tượng phân cực cho dù điện trường tác dụng lên 
điện môi là rất thấp [12]. 
3.2. Dòng điện đo tại điện trường cao 
Hình 5 giới thiệu đặc tính dòng điện - thời gian với các 
giá trị khác nhau của điện trường và nhiệt độ. Với từng giá 
trị của điện trường và nhiệt độ, dòng điện đo được giảm 
theo thời gian, tuy nhiên, chúng chưa đạt đến chế độ xác 
lập. Tại những nhiệt độ thấp (25, 40, 50°C), trong khi vật 
mẫu đặt dưới những điện trường có cường độ thấp, các 
dòng điện đo được tuyến tính theo thời gian trong thang 
logarit, và chúng có thể được gây ra bởi quá trình phân cực 
định hướng. Những đường đặc tính dòng điện - thời gian 
đo được ở những nhiệt độ hoặc điện trường cao hơn thay 
đổi độ dốc, gắn liền với sự thay đổi về bản chất của quá 
trình tạo ra dòng điện. Độ dốc ban đầu gây ra chủ yếu bởi 
quá trình phân cực định hướng ở thời gian ngắn, độ dốc 
phía sau gây ra chủ yếu bởi quá trình dẫn điện. 
Tại những nhiệt độ 70, 80, 90°C, trên đường đặc tính 
dòng điện - thời gian tương ứng với điện trường 
300kV/mm, chúng ta quan sát thấy một đỉnh của dòng 
điện. Hiện tượng này cũng được quan sát bởi nhiều tác giả 
khác nhau trên nhiều vật liệu, như LDPE [13], HDPE [14], 
PET và PEN [15]. Đỉnh dòng điện này được giải thích bởi tất 
cả các tác giả là do các điện tích không gian trong lòng khối 
điện môi gây nên. 
10 100 1000
10
-14
10
-12
10
-10
10
-8
10
-6
I 
(A
)
25°C
t (s)
 30 kV/mm
 60 kV/mm
 90 kV/mm
 120 kV/mm
 150 kV/mm
 180 kV/mm
 210 kV/mm
 240 kV/mm
 270 kV/mm
 300 kV/mm
10 100 1000
10
-14
10
-12
10
-10
10
-8
10
-6
40°C
 30 kV/mm
 60 kV/mm
 90 kV/mm
 120 kV/mm
 150 kV/mm
 180 kV/mm
 210 kV/mm
 240 kV/mm
 270 kV/mm
 300 kV/mm
I 
(A
)
t (s) 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 48.2018 56
KHOA HỌC
10 100 1000
10
-14
10
-12
10
-10
10
-8
10
-6
50°C
 30 kV/mm
 60 kV/mm
 90 kV/mm
 120 kV/mm
 150 kV/mm
 180 kV/mm
 210 kV/mm
 240 kV/mm
 270 kV/mm
 300 kV/mm
I 
(A
)
t (s) 
10 100 1000
10
-14
10
-12
10
-10
10
-8
10
-6
I 
(A
)
60°C
 30 kV/mm
 60 kV/mm
 90 kV/mm
 120 kV/mm
 150 kV/mm
 180 kV/mm
 210 kV/mm
 240 kV/mm
 270 kV/mm
 300 kV/mm
t (s) 
10 100 1000
10
-14
10
-12
10
-10
10
-8
10
-6
I 
(A
)
70°C
 30 kV/mm
 60 kV/mm
 90 kV/mm
 120 kV/mm
 150 kV/mm
 180 kV/mm
 210 kV/mm
 240 kV/mm
 270 kV/mm
 300 kV/mm
t (s) 
10 100 10 00
1 0
-1 4
1 0
-1 2
1 0
-1 0
10
-8
10
-6
I 
(A
)
80°C
 30 kV /mm
 60 kV /mm
 90 kV /mm
 120 kV /mm
 150 kV /mm
 180 kV /mm
 210 kV /mm
 240 kV /mm
 270 kV /mm
 300 kV /mm
t (s) 
10 100 1000
10
-14
10
-12
10
-10
10
-8
10
-6
I 
(A
)
90°C
 30 kV/mm
 60 kV/mm
 90 kV/mm
 120 kV/mm
 150 kV/mm
 180 kV/mm
 210 kV/mm
 240 kV/mm
 270 kV/mm
 300 kV/mm
t (s) 
Hình 5. Dòng điện đo dưới điện trường cao với các giá trị khác nhau của điện 
trường và nhiệt độ 
3.3. Điện phát quang 
Những thí nghiệm về điện phát quang (EL) chỉ mô tả 
được quá trình quá độ về sự phát quang ở những điện 
trường có giá trị cao hơn một điện trường nào đó, gọi là 
điện trường ngưỡng. Trong thực tế, ở những điện trường 
có giá trị thấp hơn điện trường ngưỡng, tín hiệu EL đo được 
còn nhỏ hơn mức nhiễu (noise level = 3cps) của phép đo. 
Chúng tôi lựa chọn giới thiệu trên hình 6 những đặc 
tính EL-thời gian đo được ở 25°C tại hai giá trị của cường độ 
điện trường là 210 và 240 kV/mm, mà tại hai giá trị này, tín 
hiệu EL có nghĩa (lớn hơn mức nhiễu) không được và được 
quan sát thấy. 
0 50 100 150 2000 2500 3000
10
0
10
1
10
2
10
3
noise level
210 kV/mm
E
L 
(c
ps
)
t (s) 
0 1000 2000 3000
10
0
10
1
10
2
10
3
noise level
240 kV/mm
E
L 
(c
ps
)
t (s) 
Hình 6. Quá trình quá độ của sự phát quang của vật liệu PEN tại 25°C dưới 
tác dụng của các điện trường 210 và 240kV/mm 
SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 48.2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 57
Với tín hiệu EL ở 25°C và 210kV/mm, quá trình quá độ 
của sự phát quang được quan sát ở rất ngắn (200s đầu), sau 
đó tín hiệu giảm xuống dưới mức nhiễu của phép đo. Tín 
hiệu EL ở 25°C và 240kV/mm là tín hiệu có nghĩa ngay cả ở 
thời gian dài, sau khi sự phát quang giảm nhanh ở khoảng 
300s đầu, đường đặc tính EL - thời gian đạt giá trị xác lập 
lớn hơn rất nhiều so với mức nhiễu của phép đo. Như vậy ở 
25°C, ta có thể xác định giá trị của điện trường ngưỡng là 
210kV/mm. 
Tín hiệu EL có nghĩa được giải thích là kết quả của sự kết 
hợp giữa các điện tích trái dấu bên trong điện môi [16]. Tín 
hiệu này không được tìm thấy trước điện trường ngưỡng 
do trong lòng điện môi không tồn tại khu vực mà các điện 
tích dương và âm liên kết với nhau [5]. 
3.4. Phân tích hiện tượng phân cực và dẫn điện tại điện 
trường thấp và cao 
Dòng điện phân cực I tỷ lệ thuận với cường độ điện 
trường E đặt lên hai cực của vật liệu cách điện. Như vậy 
dòng điện phân cực chuẩn hóa (J/E) không phụ thuộc vào 
cường độ điện trường E. Từ ý tưởng trên, chúng tôi đi so 
sánh dòng điện chuẩn hóa (điện dẫn suất) của vật liệu PEN 
khi vật mẫu đặt dưới các giá trị thấp và cao của điện trường. 
Nếu điện dẫn suất quan sát được ở những điện trường cao 
nào đó lớn hơn điện dẫn suất quan sát được ở những điện 
trường thấp hơn, ta có thể kết luận rằng, hiện tượng dẫn 
điện giữ vai trò chủ đạo trong vật liệu PEN ở những điện 
trường đó. 
Trong nghiên cứu này, chúng tôi lựa chọn giới thiệu 
trên hình 7 và 8 các so sánh về điện dẫn suất ở 25°C tại 
những điện trường khác nhau, từ 0,05 đến 300kV/mm. Ở 
đây, chúng ta quan sát thấy hai đặc tính khác nhau. Ở 
những điện trường thấp hơn 180kV/mm, những đường đặc 
tính điện dẫn-thời gian gần như trùng nhau (hình 7), hay 
giá trị của điện dẫn suất tại thời điểm 1000s gần bằng nhau 
(hình 8). Ngược lại, với những điện trường cao hơn 
180kV/mm, điện dẫn suất lớn hơn khi cường độ điện 
trường lớn hơn. 
10 100 1000
10
-20
10
-19
10
-18
10
-17
10
-16
10
-15
10
-14
10
-13
10
-12
 30 kV/mm
 60 kV/mm
 90 kV/mm
 120 kV/mm
 150 kV/mm
 180 kV/mm
 210 kV/mm
 240 kV/mm
 270 kV/mm
 300 kV/mm
 APC-0,05 kV/mm

 ( S
/m
)
t (s) 
Hình 7. Điện dẫn suất đo ở điện trường thấp và cao tại 25°C 
0.04 0.06 60 120 180 240 300
10
-16
10
-15
10
-14
APC

 ( S
/m
)
E (kV/mm) 
Hình 8. Điện dẫn suất theo điện trường tại 25°C: các giá trị được xác định tại 
thời điểm 1000s từ các đường đặc tính điện dẫn-thời gian trong hình 7 
Dòng diện đo được ở nhiệt độ 25°C và điện trường yếu 
0,05kV/mm theo phương pháp APC do quá trình phân cực 
gây ra. Dòng điện chuẩn hóa (điện dẫn suất) đo được ở 
những điện trường nhỏ hơn 180kV/mm gần như trùng với 
dòng điện chuẩn hóa nhận được bằng phương pháp APC 
và những dòng điện này có thể được sinh ra bởi sự chủ đạo 
của quá trình phân cực. Với những dòng điện đo được ở 
điện trường lớn hơn, chúng có thể được sinh ra bởi cả hai 
quá trình phân cực và dẫn điện, trong đó dòng điện thuần 
dẫn điện có thể được tách ra từ dòng điện tổng đo được 
bằng cách trừ đi dòng điện phân cực nhận được bằng 
phương pháp APC. 
Sự xuất hiện của các điện tích không gian trong lòng 
khối điện môi hay sự xuất hiện của quá trình dẫn điện có 
thể được xác định bởi sự biến đổi của các tín hiệu EL theo 
điện trường. Hình 9 giới thiệu sự biến đổi của tín hiệu EL 
theo điện trường tại những nhiệt độ khác nhau. Giá trị EL 
tại mỗi điểm trên hình vẽ là trung bình cộng của tất cả các 
giá trị của tín hiệu EL đo được trong 1 phút cuối của đường 
đặc tính EL-thời gian. Mức nhiễu của phép đo được lấy là 
3cps. 
0 60 120 180 240 300
10
0
10
1
10
2
10
3
noise level
E
L
 (
cp
s)
E (kV/mm)
 25°C
 40°C
 50°C
 60°C
 70°C
 80°C
 90°C
Hình 9. Điện phát quang theo điện trường tại những nhiệt độ khác nhau 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 48.2018 58
KHOA HỌC
Ta thấy trên hình 9, những tín hiệu EL có nghĩa được 
quan sát thấy sau điện trường ngưỡng, khoảng từ 210 đến 
240 kV/mm đối với tất cả các nhiệt độ. Từ giá trị của điện 
trường ngưỡng này, các điện tích trái dấu trong khối điện 
môi kết hợp với nhau và giải phóng năng lượng dưới dạng 
quang năng (photon) hay quá trình dẫn điện lúc này đóng 
vai trò chủ đạo trong vật liệu cách điện PEN. 
4. KẾT LUẬN 
Quá trình phân cực và dẫn điện xảy ra đồng thời khi vật 
liệu cách điện PEN đặt dưới một điện trường nhất định. Tuy 
nhiên, tùy theo mức độ mạnh yếu của điện trường và ứng 
suất về nhiệt độ mà một trong hai quá trình này có thể giữ 
vai trò chủ đạo, thể hiện qua dòng điện tổng được cấu 
thành chủ yếu bởi dòng điện phân cực hay dòng điện dẫn. 
Các phương pháp thực nghiệm đã được sử dụng, như phép 
đo APC, dòng điện ở điện trường cao và điện phát quang, 
giúp chúng ta có thể kết luận được: ở điện trường thấp, quá 
trình phân cực giữ vai trò chủ đạo; ở điện trường cao, quá 
trình phân cực và dẫn điện diễn ra song song trong đó quá 
trình dẫn điện giữ vai trò chủ đạo ở thời gian dài. Ở đây, cần 
lưu ý rằng, ranh giới giữa điện trường thấp/cao (yếu/mạnh) 
phụ thuộc vào nhiệt độ và có giá trị thấp khi nhiệt độ cao. 
Quá trình dẫn điện gắn liền với sự hình thành của các điện 
tích không gian trong khối điện môi. Sự kết hợp giữa các 
điện tích trái dấu được quan sát thấy từ những điện trường 
ngưỡng, khoảng 210 đến 240kV/mm. Tuy nhiên quá trình 
dẫn điện có thể xảy ra trước các điện trường ngưỡng này 
khi các điện tích được phun vào khối điện môi trước đó gần 
như chỉ mang một dấu nhất định [17]. 
Những nghiên cứu sau, chúng tôi có thể trích dòng điện 
thuần dẫn từ các kết quả thực nghiệm trên qua đó giúp xác 
định các thông số vi mô của vật liệu PEN khi tham chiếu với 
mô hình điện tích không gian trong vật liệu cách điện rắn [5]. 
LỜI CẢM ƠN 
Chúng tôi trân trọng cảm ơn công ty DuPont Teijin 
Films đã cũng cấp vật liệu PEN và phòng thí nghiệm 
Laplace, Toulouse, CH Pháp đã giúp chúng tôi thực hiện 
nghiên cứu này. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. C.G. Garton, 1974. Charge transfer from metal to dielectric by contact 
potential. Journal of Physics D: Applied Physics, 7, 1814-1823. 
[2]. D.K.D. Gupta and K. Joyner, 1976. On the nature of absorption currents in 
polyethyleneterephthalate (PET). Journal of Physics D: Applied Physics, 9, 829-
840. 
[3]. N. Saidi-Amroun, S. Berdous and M. Bendaoud, 2004. Measured and 
simulated transient current in polyethylene terephthalate films below and above 
the glass transition temperature. Proceedings of the 2004 IEEE International 
Conference on Solid Dielectrics (ICSD), Toulouse, France. 1, 137-140. 
[4]. S. Le Roy, G. Teyssedre, C. Laurent, G.C. Montanari and F. Palmieri, 2006. 
Description of charge transport in polyethylene using a fluid model with a constant 
mobility: fitting model and experiments. Journal of Physics D: Applied Physics, 39, 
1427-1436. 
[5]. G. Teyssèdre, C. Laurent, G.C. Montanari, F. Palmieri, A. See, L.A. Dissado 
and J.C. Fothergill, 2001. Charge distribution and electroluminescence in cross-
linked polyethylene under dc field. Journal of Physics D: Applied Physics, 34, 
2830-2844. 
[6]. R. Eveson, W.A. MacDonald, D. MacKerron, A. Hodgson, R. Adam, K. 
Rakos, K. Rollins, R. Rustin, M.K. Looney, J. Stewart, M. Asai and K. Hashimoto, 
2008. Optimising Polyester Films for Flexible Electronic Applications. SID Int. Symp. 
Dig. Tech. Papers, 39, 1431-1434. 
[7]. C. Escribe-Filippini, R. Tobazéon and J.C. Filippini, 2001. Conduction 
characterization of polymer films using the alternate square wave method. 7th IEEE 
International Conference on Solid Dielectrics, Eindhoven, Netherlands. 315-318. 
[8]. V. Adamec and J.H. Calderwood, 1981. On the determination of electrical 
conductivity in polyethylene. J. Phys. D: Appl. Phys., 14, 1487-1494. 
[9]. W.W. Piper and F.E. Williams, 1955. Theory of Electroluminescence. 
Physical Review, 98, 1809-1813. 
[10]. J.J. O’Dwyer, 1973. The theory of electrical conduction and breakdown in 
solid dielectrics. Clarendon Press, Oxford. 
[11]. L.A. Dissado and J.C. Fothergill, 1992. Electrical Degradation and 
Breakdown in Polymers. Peter Peregrinus Ltd., London. 
[12]. M-Q. Hoang, S. Le Roy, L. Boudou and G. Teyssedre, 2016. 
Implementation of polarization processes in a charge transport model applied on 
poly(ethylene naphthalate) films. J. Appl. Phys., 119, 224105-1-8. 
[13]. S. Pelissou, H. St-Onge and M.R. Wertheimer, 1988. Electrical 
conduction of polyethylene below and above its melting point. IEEE Transactions on 
Electrical Insulation, 23, 325‑333. 
[14]. T. Mizutani, M. Ieda and I.B. Jordan, 1979. Anomalous Transient 
Currents in High-Density Polyethylene around 50–70°C. Japanese Journal of 
Applied Physics, 18, 65-70. 
[15]. N. Saidi-Amroun, H. Oubouchou, S. Berdous, M. Saidi and M. 
Bendaoud, 2006. Temperature Effect on Transient Charge and Discharge Currents 
in Poly(Ethylene Naphthalene-2,6-dicarboxylate). International Journal of 
Polymer Analysis and Characterization, 11, 159-169. 
[16]. J.L. Augé, G. Teyssedre, C. Laurent, T. Ditchi and S. Holé, 2000. 
Combined electroluminescence and charge profile measurements in poly(ethylene-
2,6-naphthalate) under a dc field. Journal of Physics D: Applied Physics, 33, 
3129-3138. 
[17]. M-Q. Hoang, L. Boudou, S. Le Roy, and G. Teyssedre, 2014. Dissociating 
space charge processes from orientation polarization in poly(ethylenenaphthalate) 
films. Journal of Physics D: Applied Physics, 47, 455306.