ruimteladingpolarisatie

Ruimteladingpolarisatie, ook wel space-charge polarisatie genoemd, is een polarisatiemechanisme bij dielektrica waarbij mobiele ladingdragers zich onder invloed van een extern elektrisch veld migreren en zich ophopen bij interfaces, grensvlakken tussen regio's of defecten. Deze ruimte-lading vormt interne dipolen die het lokale veld beïnvloeden en zo de waargenomen polarisatie en de permittiviteit vergroten, vooral bij lage frequenties.

Het mechanisme treedt vooral op in heterogene materialen zoals keramische korrels met grain boundaries, polymeren en composietmaterialen met duidelijke grensvlakken. Ladingdragers zoals ionen of vrije elektronen migreren en raken bij grensvlakbarrières gevangen, waardoor ruimtelading ontstaat aan elektroden of binnen het materiaal. Deze ladingen dragen bij aan een traag reagerende polarisatie die gepaard gaat met een significante dispersie van de permittiviteit die in de Maxwell-Wagner-Sillars (MWS) theorie wordt beschreven.

Kenmerken zijn onder meer snelle toename van de permittiviteit bij lage frequenties, hoge verliesfactoren en een sterke temperatuurafhankelijkheid. De respons is traag vergeleken met elektronische of ionische polarisatie en hangt sterk af van de microstructuur, defecten en interfaces.

Relatie tot andere polarisaties: elektronisch en ionisch polariseren zijn sneller en oefenen op hogere frequenties, terwijl orientatie van moleculaire dipolen afhankelijk is van rotaties. Ruimteladingpolarisatie speelt vooral een rol op lage frequenties in materialen met conductiviteitscontrast tussen regio's. In toepassingen kan het de effectieve permittiviteit verhogen en tegelijk de verliezen vergroten, wat relevant is voor insulators en keramische composieten.