材料介电性能相关知识

   材料介电性能相关知识：

 

   1，  电介质：指在电场作用下能建立极化的物质。

 

   2，  电介质的特征：以正、负电荷重心不重合的电极化方式传递、存贮或记录电的作用和影响。

 

   3，  电介质物理的研究范围：主要研究介质内部束缚电荷在电场的作用下的电极化过程，阐明其极化规律与介质结构的关系，揭示介质宏观介电性质的微观机制，进而发展电介质的效用。

 

   4，  电介质不必一定是绝缘体，但绝缘体是典型的电介质。

 

   5，  电极化的三个过程：

   （1）       原子核外电子云的畸变极化；

   （2）       分子中正、负离子的相对位移极化；

   （3）       分子固有电矩的转向极化。

 

   6，  电容：当两个临近导体加上电压后具有存储电荷能力的量度。C（F）=Q（C）/V（V）

 

   7，真空平板电容器的电容C₀=Q/V=[ε₀（V/d）A]/V=ε₀ A/d

   ε_0: 真空介电常数

   d：平板间距（m）

   A：面积（m²）

   V：平板上的电压（V）

 

   8，相对介电常数ε_r：当一种材料插入两平板之间后，平板电容器的电容增加。

   增大的电容C=ε_r C₀=ε_rε₀ A/d

 

   9，介电常数：ε（ε_rε₀）为介电材料的电容率，或称介电常数（单位为F/m）

 

真空平板电容间嵌入一块电介质，当加上外电场时，则在正极板附近的介质表面上感应出负电荷，负极板附近的介质表面感应出正电荷。这种感应出的表面电荷为感应电荷，亦称束缚电荷。电介质在电场作用下产生束缚电荷的现象称为电介质的极化。正是这种极化，使电容器增加了电荷的存储能力。

 

   10，常用的电介质有陶瓷、玻璃、聚合物等。

 

   11，电介质极化机制：

极化形式		极化机制存在的电介质	极化存在的频率范围	温度的作用
电子极化	弹性位移极化	发生在一切电介质中	直流到光频	不起作用
	弛豫极化	钛质瓷，以高价金属氧化物为基的陶瓷	直流到超高频	随温度变化到极大值
离子极化	弹性位移极化	离子结构电介质	直流到红外	温度升高，极化增强
	弛豫极化	存在弱束缚离子的玻璃、晶体、陶瓷	直流到超高频	随温度变化有极大值
取向极化		存在固有电偶极矩的高分子电介质，以及极性晶体陶瓷	直流到高频	随温度变化有极大值
空间电荷极化		结构不均匀的陶瓷电介质	直流到103Hz	随温度升高而减弱
自发极化		温度低于Tc的铁电材料	与频率无关	随温度变化有最大值

 

   12，ε*（ω）：更多情况下，电介质是承受交流电场作用。 因此应考核电介质的动态特性。这时介电常数取复数形式：ε*（ω）=ε′（ω）- iε″（ω）

   其中：虚部ε″（ω）代表介质损耗。

 

   13，损耗角正切tanδ=ε″/ε′

   δ为损耗角

   表示为获得给定的存储电荷要消耗的能量的大小。可以称之为“利率”。为了减少使用绝缘材料的能量损耗，希望材料具有小的介电常数和更小的损耗角正切。

 

   14，电介质弛豫和频率响应

   电介质以不同的方式极化并平衡，只有电子位移极化可以认为是瞬间立即完成的，其他都需要时间。在交流电场作用下，电介质的极化就存在频率响应问题。

   通常把电介质完成极化所需要的时间称为弛豫时间。

 

   驰豫：一个宏观系统由于周围环境的变化或它经受了一个外界的作用而变成非热平衡状态，这个系统经过一定时间由非热平衡态过渡到新的热平衡态的整个过程，称为驰豫。

 

   15，电介质最基本的物理性质是它的介电性，对介电性的研究不但在电介质材料的应用上具有重要意义，而且也是了解电介质的分子结构和极化机理的重要分析手段之一。

 

   16，介电谱：复介电常数ε*（ω）随电磁场频率而变化称为介电常数频谱。介电常数对温度的函数关系为温度谱。

 

   17，I V 法测量复阻抗：

 

 

 

   Voltage： U(t)=U₀cos(ωt )

   Current:  I(t) =I₀cos(ωt+ φ)=re(I*exp(jωt ))

 

   Complex impedance

   Conductivity function

   Complex sample capacity

   Dielectric function

   ω   : 2 frequency

   d    : Distance of plates

   A    : Area of plates