<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" dtd-version="1.4" article-type="research-article">
  <front>
    <journal-meta>
      <journal-id journal-id-type="issn">2411-3336</journal-id>
      <journal-id journal-id-type="eissn">2541-9404</journal-id>
      <journal-title-group>
        <journal-title xml:lang="ru">Записки Горного института</journal-title>
        <journal-title xml:lang="en">Journal of Mining Institute</journal-title>
      </journal-title-group>
      <publisher>
        <publisher-name xml:lang="ru">Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ</publisher-name>
        <publisher-name xml:lang="en">Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University</publisher-name>
      </publisher>
    </journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id custom-type="pmi" pub-id-type="custom">pmi-5110</article-id>
      <article-id pub-id-type="uri">https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/5110</article-id>
      <article-categories>
        <subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru">
          <subject>Геонаноматериалы</subject>
        </subj-group>
        <subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en">
          <subject>Geo-nanomaterials</subject>
        </subj-group>
      </article-categories>
      <title-group>
        <article-title xml:lang="en">Analysis of charge space distribution influence on electric adhesion forces</article-title>
        <trans-title-group xml:lang="ru">
          <trans-title>Анализ влияния пространственного распределения заряда на электроадгезионные силы</trans-title>
        </trans-title-group>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes">
          <name name-style="eastern">
            <surname>Pshchelko</surname>
            <given-names>N. S.</given-names>
          </name>
          <name-alternatives>
            <name name-style="eastern" xml:lang="ru">
              <surname>Пщелко</surname>
              <given-names>Н. С.</given-names>
            </name>
            <name name-style="western" xml:lang="en">
              <surname>Pshchelko</surname>
              <given-names>N. S.</given-names>
            </name>
          </name-alternatives>
          <email>nikolsp@mail.ru</email>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1"/>
        </contrib>
        <aff-alternatives id="aff1">
          <aff>
            <institution xml:lang="ru">Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия)</institution>
          </aff>
          <aff>
            <institution xml:lang="en">Saint-Petersburg Mining University (Saint-Petersburg, Russia)</institution>
          </aff>
        </aff-alternatives>
      </contrib-group>
      <pub-date pub-type="epub" iso-8601-date="2016-04-22">
        <day>22</day>
        <month>04</month>
        <year>2016</year>
      </pub-date>
      <pub-date date-type="collection">
        <year>2016</year>
      </pub-date>
      <volume>218</volume>
      <fpage>296</fpage>
      <lpage>305</lpage>
      <history>
        <date date-type="received" iso-8601-date="2015-08-18">
          <day>18</day>
          <month>08</month>
          <year>2015</year>
        </date>
        <date date-type="accepted" iso-8601-date="2015-10-09">
          <day>09</day>
          <month>10</month>
          <year>2015</year>
        </date>
        <date date-type="rev-recd" iso-8601-date="2016-04-22">
          <day>22</day>
          <month>04</month>
          <year>2016</year>
        </date>
      </history>
      <permissions>
        <copyright-statement xml:lang="ru">© 2016 Н. С. Пщелко</copyright-statement>
        <copyright-statement xml:lang="en">© 2016 N. S. Pshchelko</copyright-statement>
        <copyright-year>2016</copyright-year>
        <copyright-holder xml:lang="ru">Н. С. Пщелко</copyright-holder>
        <copyright-holder xml:lang="en">N. S. Pshchelko</copyright-holder>
        <license license-type="open-access" xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0" xml:lang="ru">
          <license-p>Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)</license-p>
        </license>
        <license license-type="open-access" xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0" xml:lang="en">
          <license-p>This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0)</license-p>
        </license>
      </permissions>
      <self-uri xlink:type="simple" xlink:href="https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/5110">https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/5110</self-uri>
      <abstract xml:lang="ru">
        <p>Разработаны модельные представления о физико-химических процессах при использовании электроадгезионного способа соединения материалов. Рассмотрена кинетика на-копления заряда в приэлектродной области диэлектрика. Рассчитана толщина области локализации заряда, напряженности электрических полей и значения пондеромоторных давлений, обеспечивающих соединение материалов. Показано, что для достижения необходимого пондеромоторного давления, составляющего единицы-десятки мегапаскалей, в типичных случаях требуется несколько десятков минут. Появление больших тянущих полей в процессе получения электроадгезионного соединения становится возможным благодаря миграционной поляризации диэлектрика, развивающейся под действием приложенного к нему электрического напряжения. Это приводит к накоплению слоя отрицательного заряда малой толщины у анода. Приложенное напряжение распределяется не по всей толщине диэлектрика, а фактически оказывается приложенным к тонкому слою объемного заряда у анода. Возникающие при этом сильные электрические поля приводят к соединению контактирующих материалов. Разработана физико-математическая модель, позволяющая оценить силовые характеристики неоднородного электрического поля. Рассмотрены зависимости параметров электроадгезионного контакта от времени. Получены выражения, позволяющие обоснованно выбирать время формирования электроадгезионного контакта, рассчитаны напряженности электростати-ческих полей и сил в динамике. Исследование влияния дискретности распределения заряда на напряженность электростатического поля на небольших расстояниях до заряженной плоскости показало значительные отличия результатов выполненного и традиционного расчетов.</p>
      </abstract>
      <abstract xml:lang="en">
        <p>Modeling ideas of physical and chemical processes when using an anodic bonding for materials connection are developed. The kinetics of a charge accumulation in an electrode region in a dielectric is considered. The thickness of a charge layer, electric fields strength and value of the ponderomotive pressure providing connection of materials are calculated. It is shown that the necessary ponderomotive pressure resulting in a dielectric-to-conductor seal is normally about ten megapascal and the time required is about ten minutes. The appearance of great pulling electric fields at anodic bonding process with a conductor surface to dielectric turns out to be possible due to the interlayer polarization developing in dielectric under the action of electric voltage. This results in a negative charge accumulation in a layer of small thickness beside anode. Thus applied electric voltage is distributed not through the whole thickness of a dielectric, but in fact is applied to a narrow area of the three-dimensional charge be-side anode. Arising strong electric fields force the connected materials to unite. The physical and mathematical models for force characteristics of non-uniform electric field are developed. Dependences of parameters of anodic bonding junction on time are considered. The expressions allowing to choose well-founded time of formation of anodic bonding junction are obtained, intensity of electrostatic fields and forces in dynamics is calculated. Research of a charge intermittence influence on electrostatic field strength has shown a considerable differences on small distances to the charged surface between carried out and traditional ways of calculation.</p>
      </abstract>
      <kwd-group xml:lang="ru">
        <title>Ключевые слова</title>
        <kwd>электрическое поле</kwd>
        <kwd>дискретный заряд</kwd>
        <kwd>электроадгезия</kwd>
      </kwd-group>
      <kwd-group xml:lang="en">
        <title>Keywords</title>
        <kwd>electric field</kwd>
        <kwd>discrete charge</kwd>
        <kwd>electric adhesion</kwd>
      </kwd-group>
    </article-meta>
  </front>
  <body/>
  <back>
    <ref-list>
      <ref id="ref1">
        <label>1</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Влияние постоянного электрического поля на процессы осаждения тонких металлических пленок платины методом ионно-плазменного распыления / В.П.Афанасьев, Д.А.Чигирев, Н.С.Пщелко, Н.П.Сидорова // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2010. Вып.6. С.59-65.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref2">
        <label>2</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Дерягин Б.В. Адгезия твердых тел / Б.В.Дерягин, Н.А.Кротова, В.П.Смилга. М.: Наука, 1973. 280 с.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref3">
        <label>3</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Нагорный В.С. Анализ динамики процесса формирования электроадгезионного контакта / В.С.Нагорный, Н.С.Пщелко, Н.П.Сидорова // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2009. № 6. С.166-170.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref4">
        <label>4</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Пщелко Н.С. Использование электрического поля для повышения адгезии электропроводящих пленок к диэлектрическим подложкам при вакуумном нанесении // Вакуумная техника и технология. 2010. № 1. С.31-36.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref5">
        <label>5</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Пщелко Н.С. Неразрушающий контроль прочности электроадгезионных соединений проводник – ионный диэлектрик // Записки Горного института. 2011. Т.189. С.264-268.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref6">
        <label>6</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Пщелко Н.С. Использование силового действия электрического поля для временного и постоянного соединения материалов / Н.С.Пщелко, А.С.Полль, Д.О.Репетух // Записки Горного института. 2012. Т.196. С.356-360.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref7">
        <label>7</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Пщелко Н.С. Влияние дискретности распределения заряда на силовые характеристики электрического поля в электроадгезионных технологиях / Н.С.Пщелко, Н.П.Сидорова, Д.А.Чигирев // Записки Горного института. 2012. Т.196. С.361-367.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref8">
        <label>8</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Low temperature wafer anodic bonding / J.Wei, H.Xie, M.L.Nai, C.K.Wong, L.C.Lee // J.Micromech. Microeng. 2003. Vol.13. P.217-222.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref9">
        <label>9</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Optical sensors for vapors, liquids, and biological molecules based on porous silicon technology / L.De Stefano, L.Moretti, A.Lamberti, O.Longo, M.Rocchia, A.M.Rossi, P.Arcari, I.Rendina // IEEE Transaction on Nanotechnology. 2004. Vol.3(1). P.49-54.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref10">
        <label>10</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Pshchelko N.S. Electrochemical Properties of a Polypyrrole-Polyimide Composite / N.S.Pshchelko, K.L.Levin // Polymer Science. Ser.A. 2011. Vol.53. N 6. P.510-520.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref11">
        <label>11</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Pshchelko N.S. Modeling of physical and chemical processes of anodic bonding technology / N.S.Pshchelko, M.P.Sevryugina // Advanced Materials Research. 2014. Vol.1040. P.513-518.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref12">
        <label>12</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Pshchelko N.S. Interlayer Polarization of Ionic Dielectrics at Anodic Bonding Process with a Conductor Surface // Non-ferrous metals. 2006. N 4. P.27-31.</mixed-citation>
      </ref>
    </ref-list>
  </back>
</article>
