塑料和其它材料的静电起电辅助的介电激活检测制造技术

一种介电激活检测器包括一个装有一种为严格同样的样品的介电参照材料，这种介电参照材料受到外部的静电而带电。所述参照材料受到机械束缚，这使得能够检测所束缚的介电电泳力的极化能量动力学情况，所述介电电泳力表明存在有具有与所述参照材料的性质相同介电性质的、任何目标。一个天线装置增加了所述检测的附近距离（范围）。用于上述参照材料的静电起电源增加了检测能力的耐久性，以便提供连续的检测能力，而一个外部电路的电能源通过电流冲击给出检测的可定量的显示结果。按照介电电泳原理，所述检测器可检测存在有某种特定的材料，而不考虑是否存在任何类型的、插入的、看不见的材料结构、障碍、或电磁干扰（ＥＭＩ）信号。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及利用介电激活(电泳现象)检测塑料和其它材料，更具体地说，涉及通过检测对于受到机械束缚的反向介电电泳力的电动力学反应电流冲击，来检测特定的塑料、聚合物、以及其它有机和无机材料。检测特定的聚合物和塑料(各种各样的聚合物并带有添加剂的掺合物和混合物)以及其它有机/无机材料，而不考虑存在有看不见的的插入结构、障碍或EMI信号，这种检测业已极广泛地用于各种各样的应用领域，例如，(a)在预装货的飞机、列车和汽车上的运输安全；(b)新的和旧的结构；(c)执法；(d)军事行动；(e)反入店行窃的保护措施；以及(f)其它的安全需要和工作。介电电泳说明了作用在初始为电中性的的物质上的力和该初始为电中性的物质的机械行为，所述初始为电中性的的物质通过外部空间的非均匀电场的感应而介电极化带电。电场的空间非均匀性的严重性通过该电场的空间梯度(空间变化率)来度量。介电电泳的一个基本的工作原理是在某一点以及随着时间的推移在空间中、在空气或其它周围介质中所产生的力(或力矩)总是指向(或试图指向)相同的方向，主要是朝向局部电场的最大梯度(非均匀的)方向，而且这与电场(电压)的符号(+或-)和随时间的变化(DC或AC)以及周围介质的介电性质无关。介电电泳力的大小显著且非线性地依赖于周围介质的介电极化率、初始为电中性的物质的介电极化率，并且非线性地依赖于电中性的物质的几何结构。这种依赖性通过固体物理学的极化率研究中众所周知的Clausius-Mossotti函数来表征。介电电泳力非线性地依赖于由目标所产生的、施加于局部的电场。介电电泳力依赖于在空间和时间的某一点处的目标的局部电场分布的平方(二次幂)的空间梯度，所述空间和时间的某一点处为检测器所处的位置。通过在检测器的上感应的极化电荷所产生的介电电泳力来测量局部电场的平方的空间梯度。这种寻求恒定方向的力的大小作为角位置(距目标固定的径向距离)的函数、和作为径向位置(处于固定的角位置)的函数、并作为“有效”介质极化率的函数是高度可变的。力的检测信号经过平方的局部电场的目标的空间梯度的独特的图形，同时检测器总是指出(试图指出)梯度图形的最大值的方向。所有的实验结果和介电电泳的方程都与基本电磁定律(麦克斯维方程)一致。有五种已知的介电极化的模式。这些模式包括由于所施加的外电场使得围绕原子核的电子分布稍微扭曲的、电子极化；由于所施加的外电场使得初始为电中性的物质中的原子分布稍微扭曲的、原子极化；由于所施加的外电场使得在极为特殊的聚合物等中高度非定域的电子或质子分布在几个分子重复单元上高度扭曲的、游离极化；使得柔顺地附在在材料的分子上的永久性的偶极子(H2O、NO、HF)和可定向的未定的偶极基(-OH、-Cl、-CN、-NO2)朝向具有特征时间恒量的外电场可旋转地排齐的、旋转极化(偶极和定向的)；以及由于小的电导率的差别而造成非均匀的介电界面累积电荷载体的、界面(空间电荷)极化。对于界面极化，所得到的、累积起来使得界面电荷中性化的空间电荷扭曲了具有特征时间恒量的外电场。介电极化的头三种模式，电子极化、原子极化、和游离极化，都是在分子距离的尺度上的模式，并且，一施加外电场就即时出现，而且，在极高频率(红外和光学)时影响材料的介电常数。后面的两种极化模式，旋转极化和界面极化都是在分子和宏观距离尺度上的模式，并且随时间呈现动态变化，同时具有特征时间恒量，以便帮助提高高频介电常数，因为它随时间朝向零频率时的介电常数演变。这些特征材料时间恒量控制着材料的介电和机械特性曲线。各种出版物中都讨论了那些极化模式和它们对介电常数的随时间的变化的作用的动力学，例如，H.A.Pohl的“介电电泳”(剑桥大学出版社(1978年))；R.Schil1er的“介电介质中的电子”(C.Ferradini，J.Gerin(eds.)，CRC出版社(1991年))；以及R.Schiller的“宏观摩擦和介电弛豫”(IEEE Transactionson Electical Insulation，24，199(1989))；还有那些众所周知的教科书，这里都引为参考。如果给介电材料施加一个外电场E0，力(F)具有体密度(f＝F/v)，该体密度(f＝F/v)包括作用在自由电荷上的力、作用在起到可极化的偶极子作用的束缚电荷对上的力、在两个所述偶极子之间的相互作用力、以及上述介电材料内的电场(E)所产生的尺寸上的变化。可按照下述关系来定义一般性的力的体密度f＝F/v＝ρ电荷E-1/2(E0E)ε+1/2α(E0E)++1/2(ρmassε/ρmass)(E0E)f＝静电力+偶极子-E0电场力+介电电泳力+电致伸缩力这里，ε＝材料的静电磁导率(其等于Kε0，这里，K是该材料的介电常数，而ε0是自由空间的介电磁导率)，α＝介电材料的极化率，＝空间梯度矢量数学算子，ε/ρmss＝偏微分算子，ρ电荷＝自由电荷(载体)的体密度，而ρmasss＝介电材料的质量的体密度。对于很大一部分电介质，ρ电荷＝0，因此，就无需考虑静电力。类似地，除了压电材料外，ε/ρmss＝0(也就是说，静电常数没有密度的变化)，而且无需考虑电致伸缩力。这样，剩下的就只需考虑两种介电电泳力，偶极子-E0电场力和介电电泳力。如果静电磁导率ε＝Kε0为零的话(也就是说，有效介电常数没有空间的变化)，第一种介电电泳力等于零。如果介电常数有某些空间上的变化，那么，就出现一个较大的力，这是由于方程(1)的第二项乘以了电场的平方。第一种介电电泳力的一个简单的例子是使暖的流体(比冷的流体具有更低的介电常数，因此，具有不等于零的空间梯度)朝向更低电场的区域运动。在一个复合的介电体内，如果ε＝0，那么，该介电体的所有部分都是空间介电匹配的。介电磁导率ε是一个复合材料参数，特别是对于“纯粹的”聚合物以及“塑料”，它们常常是带有添加剂的聚合物的混合物或掺合物，以便解决化学处理问题和最终用途产品的功能性限度的问题。参见D.W.vanKrevelen的“聚合物的性质及其与化学结构的关系(Elsevelen出版社(1976))，这里引用其中的那些教导作为参考。H.Pohl所说明的方程(1)的第三项，即介电电泳力，包括电场平方的空间梯度。因此，这个第二种介电激活力比偶极-偶极介电激活力小。f＝F/v＝-1/2(E0E)ε+1/2α(E0E)因此，最后的力密度可表达为f＝偶极子-E0电场力+介电电泳力存储在介电体内的电能密度(U)可表达为F＝-U这里，能量(U)是所涉及到的两种介电激活力的体积分。因此，可出现两种情形之一(1)ε不等于零，而方程(2)中的的第一种介电激活力起主要作用(也就是说，复合介电体的各个部分并非空间介电匹配)并且，系统的总能量大且变化大。这种情况表明“没有检测到匹配“；或(2)ε等于零，而方程(2)中的介电电泳(Pohl)力起主要作用(也就是说，复合介电体的各个并非是空间介电匹配的)，并且系统的总的能量小且变化小。这种情况表明“检测到了匹配”对于第二种情况(检测到匹配)，力密度(f)为f＝F/v＝1/2G｜K1ε0E0E0｜这里，E＝GE0将电介质中的电场(E)转换为外电场(E0)，对于球形绝缘物体，G＝3(K2-K1)/(K本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测是否存在某种目标材料的介电激活检测器，该检测器包括：一个具有参照材料室的检测器外壳；一种置于所述室中的参照材料，按照上述目标材料的介电特性来选择所述参照材料；一个置于所述检测器外壳中的静电起电源，所述静电起电源指向所 述参照材料，以便由此在所述参照材料上感应出静电荷；以及一个置于所述外壳中的检测电路，根据存在有上述目标材料来启动所述检测电路。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T阿菲拉尼，
申请(专利权)人：DKL国际有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]