エレクトレット

エレクトレット（「電気」を意味する「electric」の「electr- 」と「磁石」を意味する「 -et 」を組み合わせた造語）は、準永久的な電気分極を持つ誘電体です。エレクトレットには内部電界と外部電界があり、静電的には永久磁石と同等です。

エレクトレットという用語は、オリバー・ヘヴィサイド^[1]によって、その末端に反対符号の電荷を持つ（典型的には誘電体）材料を指すために作られた造語です。 ^[2]エレクトレット特性を持ついくつかの材料は科学的にすでに知られており、1700 年代初頭から研究されていました。1 つの例はエレクトロフォラスで、エレクトレット特性を持つスラブと別の金属板で構成されるデバイスです。エレクトロフォラスは、1762 年にスウェーデンのヨハン・カール・ヴィルケによって発明され^[3]、1775 年にイタリアのアレッサンドロ・ボルタによって改良されました。 ^[4]記録に残る最初の製造例は、1925 年の江口元太郎によるもので^[5]、彼は極性分子を含むポリマーやワックスなどの適切な誘電体材料を溶かし、強力な電界で凝固させました。誘電体の極性分子は電界の方向に整列し、永久分極を持つ双極子エレクトレットを生成します。現代のエレクトレットは、電子ビーム、コロナ放電、電子銃からの注入、ギャップを介した電気破壊、または誘電体バリアなどを使用して、高絶縁性の誘電体に過剰な電荷を埋め込むことによって作られることがあります。^{[6] [7]}

エレクトレットには 2 つの種類があります。

• 実電荷エレクトレットは、一方または両方の極性の電子や電子正孔などの余分な自由電荷を含み、動き回ることができる。^[8]
  • 誘電体の表面（表面電荷）
  • 誘電体の体積内（空間電荷）
  • 空間電荷エレクトレット^[9]は内部に双極性電荷を持ち、フェロエレクトレット^[10]として知られています。
• 配向双極子エレクトレットには配向した（整列した）双極子が含まれています。これらは表面に束縛電荷を持ち、自由に動き回ることはできません。 ^{[11]これらは}強誘電体材料に似ており、反転対称性を持たない材料に常に存在するため、圧電性も示します。

エレクトレットは磁石と同様に双極子です。もう 1 つの類似点は場です。エレクトレットは材料の外側に静電場 (磁場とは対照的) を生成します。磁石とエレクトレットが互いに近くにあると、かなり珍しい現象が発生します。静止している間は、どちらも互いに影響を及ぼしません。ただし、エレクトレットが磁極に対して移動すると、磁場に対して垂直に作用する力が感じられ、別の磁石で感じられるのと同じように、予想される「押す」方向に対して 90 度の経路に沿ってエレクトレットを押します。

エレクトレットとコンデンサーに使用される誘電体層には類似点があるが、違いは、コンデンサーの誘電体は、誘電体に印加された電位に依存する一時的な誘導分極を持つのに対し、エレクトレット特性を持つ誘電体は、準永久的な電荷蓄積または分極を示すことである。一部の材料は強誘電性も示す（つまり、分極のヒステリシスで外部場に反応する）。強誘電体は熱力学的平衡状態にあるため分極を永久に保持できるため、強誘電体コンデンサーに使用されている。エレクトレットは準安定状態にあるにすぎないが、漏れが非常に少ない材料で作られたエレクトレットは、過剰な電荷または分極を長年にわたって保持することができる。エレクトレットマイクは、永久に帯電する材料を使用することで電源からの分極電圧を必要としない コンデンサーマイクの一種である。

エレクトレット材料は自然界で非常に一般的です。たとえば、石英やその他の形態の二酸化ケイ素は、自然に発生するエレクトレットです。今日、ほとんどのエレクトレットは、フッ素ポリマー、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート( PET ) などの合成ポリマーから作られています。実電荷エレクトレットには、正または負の過剰電荷のいずれか、または両方が含まれますが、配向双極子エレクトレットには、配向双極子が含まれます。エレクトレットによって生成される準永久的な内部または外部電界は、さまざまな用途で利用できます。

バルクエレクトレットは、材料を加熱または溶融し、その後強い電界下で冷却することで製造できます。電界により、材料内の電荷キャリアの位置が変わったり、双極子が整列したりします。材料が冷却されると、凝固により双極子がその位置に「固定」されます。エレクトレットに使用される材料は通常、ワックス、ポリマー、または樹脂です。最も初期のレシピの 1 つは、45% のカルナバワックス、45% のホワイトロジン、10% のホワイトビーワックスで構成され、これらを溶かして混ぜ合わせ、数キロボルト/cm の静電場で冷却します。このプロセスに関連する熱誘電効果は、ブラジルの研究者 Joaquim Costa Ribeiro によって初めて説明されました。

エレクトレットは、粒子加速器を使用して誘電体内に過剰な負電荷を埋め込むか、高電圧コロナ放電を使用して表面上または表面近くに電荷を束縛することによっても製造できます。このプロセスはコロナ充電と呼ばれます。エレクトレット内の過剰な電荷は指数関数的に減少します。減衰定数は、材料の相対誘電率とバルク抵抗率の関数です。PTFEなどの非常に高い抵抗率を持つ材料は、数百年にわたって過剰な電荷を保持することがあります。^[要出典]商業的に生産されるエレクトレットのほとんどは、薄膜に機械加工されたフッ素ポリマー（アモルファステフロンなど） に基づいています。

無料辞書『ウィクショナリー』でエレクトレットを調べてください。

• オリバー・ヘヴィサイド
• コロナワイヤー
• 電話
• エレクトレットマイク
• 起電力
• チップリングスリーブ
• 強誘電性

• Nowlin, Thomas E.、および Curt R. Raschke、米国特許 4,291,245、「ポリマーエレクトレットの製造方法」

• ジェフィメンコ、オレグ D. (2011)。『静電モーター：その歴史、種類、動作原理（第 1 版）』。Integrity Research Institute。ISBN 978-1935023470。
• Jefimenko, Oleg D.; Walker, David K. (1980). 「エレクトレット」.物理教師. 18 (9): 651–659. Bibcode :1980PhTea..18..651J. doi :10.1119/1.2340651.
• Walker, David K.; Jefimenko, Oleg D. (1973). 「カルナバワックスエレクトレットの体積電荷分布」. Journal of Applied Physics . 44 (8): 3459. Bibcode :1973JAP....44.3459W. doi :10.1063/1.1662785.
• アダムス、チャールズ K. (1987)。自然の電気。TABブックス。ISBN 978-0-8306-2769-1。
• Gross , Bernhard (1964)。固体誘電体における電荷蓄積：エレクトレットと関連効果に関する書誌レビュー。Elsevier 。
• Barker, RH (1962). 「エレクトレット」. Journal of the IEE . 8 (93): 413–416. doi :10.1049/jiee-3.1962.0241.偏光、熱エレクトレット、光エレクトレットとその応用に関する議論
• Sessler, Gerhard M. 編 (1998)。エレクトレット(第 3 版)。Laplacian Press。ISBN 978-1-885540-07-2。