Thermally stimulated discharge currents in solution-grown thin polyvinyl butyral films

Abstract

Thermally stimulated discharge (TSD) currents of polyvinyl butyral (PVB) thin films grown on glass substrates by isothermal immersion technique have been studied as a function of the polarization field, (750 to 25000 V/cm) and iodine doping concentration (0.5 to 0.9 g/100 ml of PVB solution). Polarized PVB films exhibit two glow discharge peaks, β – at 350 °K and α – at 430 °K corresponding to activation energies of 0.19 and 0.53 eV, respectively. It has been observed that the β-peak disappears at low polarizing fields (≈︁750 V/cm). The α-peak is attributed to the depolarization of the aligned dipoles connected to the main chain whereas the β-peak arises due to the local motion or twisting of the side groups connected to main chain. On doping with iodine, both unpolarized and polarized films exhibit TSD currents. This is attributed to the formation of charge transfer complexes between iodine and PVB chains where the dipoles may be aligned due to electrostatic interaction between the charge complexes. The disappearance of the β-peak at high field (≈︁10 kV/cm) in sharp contrast to the increasing and shifting to lower temperatures of the α-peak show that the complexes are formed with the side groups of the main chain. These conclusions regarding the charge complex formation have been further confirmed by UV and infrared optical absorption data on pure and doped PVB films. Es werden die thermisch stimulierten Entladungsströme (TSD) von dünnen Polyvinylbutyral (PVB)-Schichten, die durch isotherme Immersionstechnik auf Glassubstrate aufgebracht wurden, in Abhängigkeit des Polarisationsfeldes (750 bis 25000 V/cm) und der Jod-Dotierungskonzentration (0,5 bis 0,9 g/100 ml der PVB-Lösung) untersucht. Polarisierte PVB-Schichten zeigen zwei Glow-Entladungsmaxima, β bei 350 °K und α bei 430 °K, entsprechend Aktivierungsenergien von 0,19 bzw. 0,53 eV. Es wurde beobachtet, daß das β-Maximum bei niedrigen Polarisationsfeldern (750 V/cm) verschwindet. Das α-Maximum wird der Depolarisation der ausgerichteten Dipole, die mit den Hauptketten verbunden sind, zugeschrieben, während das β-Maximum durch die lokale Bewegung oder Drehung der Seitengruppen, die mit der Hauptkette verbunden sind, hervorgerufen wird. Nach der Joddotierung zeigen soowhl unpolarisierte als auch polarisierte Schichten TSD-Ströme. Diese werden der Bildung von Ladungsübertragungskomplexen zwischen Jod und PVB-Ketten zugeschrieben, wobei die Dipole durch elektrostatische Wechselwirkung zwischen den Ladungskomplexen ausgerichtet werden können. Das Verschwinden des β-Maximums bei hohem Feld (≈︁10 kV/cm) im scharfen Gegensatz zum Anwachsen des α-Maximums und zur Verschiebung nach tiefen Temperaturen zeigt, daß die Komplexe mit den Seitengruppen der Hauptkette gebildet werden. Diese Schlüsse über die Bildung der Ladungskomplexe werden weiter bestärkt durch UV- und Infrarot-Absorptionswerten an reinen und dotierten PVB-Schichten.