无机材料介电性能
介电性能
介电性能由于无机介质材料在电场的作用下，带电质点发生短距离的位移，而不是传导电流，因此在电场中表现出特殊的性状，大量地用于电绝缘体和电容元件。
在这些应用中，涉及到介电常数、介电损耗因子和介电强度等。
6.1介质的电极化通过定义电介极化强度，建立起电介质内部电介极化强度与宏观电场之间的关系，电介极化强度与作用在晶体点阵中一个原子位置上的局部电场之间的关系，推导出介电常数与质点极化率的关系。
分析讨论各种极化的微观机制及影响极化率的因素。
6.1.1 介质的极化强度6.1.1.1电偶极矩（1）基本概念一个正点电荷q 和另一个符号相反数量相等的负点电荷-q ，由于某种原因而坚固地互相束缚于不等于零的距离上，形成一个电偶极子。
若从负电荷到正电荷作一矢量l ，则这个粒子具有的电偶极矩可表示为矢量p=ql （6.1) 电偶极矩的单位为C ⋅m （库仑⋅米）（2）外电场对点偶极子的作用在外电场E 的作用下一个点电偶极子p 的位能为U=-p ⋅E （6.2）上式表明当电偶极矩的取向与外电场同向时，能量为最低，而反向时能量为最高。
点电偶极子所受外电场的作用力f 和作用力矩M 分别为⋅ f=p ·∇E （6.3）M=p ⨯E （6.4）因此力使电偶极矩向电力线密集处平移，而力矩则使电偶极矩朝外电场方向旋转。
（3）电偶极子周围的电场距离点电偶极子p 的r 处的电场为543r r o πεpr r p 2)(E(r)-⋅= （6.5）6.1.1.2极化强度（1）定义称单位体积的电偶极矩为这个小体积中物质的极化强度。
极化强度是一个具有平均意义的宏观物理量，其单位为C/m 2。
（2）介质的极化强度与宏观可测量之间的关系极化强度为P=(ε－ε0)E=ε0 (εr -1)E （6.6） 把束缚电荷和自由电荷的比例定义为电介质的相对电极化率χe有 P= ε0χe E （6.7） 式（6.10）为作用物理量E 与感应物理量P 间的关系.还可以得出电介质的相对介电常数与相对电极化率χe 有以下关系εr =E PE 00εε+=1+χe （6.8）6.1.2宏观电场与局部电场 在外电场的作用下电介质发生极化，整个介质出现宏观电场，但作用在每个分子或原子上使之极化的局部电场（也叫有效场）并不包括该分子或原子自身极化所产生的电场，因而局部电场不等于宏观电场。
硅微粉的发展研究及应用前景
硅微粉前言：硅微粉是一类用途极为广泛的无机材料，具有介电性能优异、热膨胀系数低、导热系数小、抗腐蚀及资源丰富等特点。
硅微粉优异的物理性能、极高的化学稳定性和独特的光学性质，决定了其在高新技术领域的特殊地位，硅微粉已经成为诸多高新科技领域最根底、最重要和最关键的原料。
1、硅微粉概述1.1、硅微粉的应用背景我们国家正面对着一个数字化、网络化和信息化的社会，当今世界的政治、经济、科技、文化和军事等领域都正在发生深刻变化。
政府和学术界一致认为，创新是知识经济时代国家经济开展的主要动力，而科技创新那么是创新最重要的基石。
由于新材料在开展高技术、改造和提升传统产业、增强综合国力和国防实力方面起着重要的作用，世界各兴旺国家都非常重视它的研究开发与产业化工作。
随着高新技术特别是微电子工业的迅猛开展，促进了高纯、超细与球形硅微粉需求量的增长，其年平均增长率已超过20 %。
21世纪中国硅微粉产业面临着改良技术结构，提高工艺技术和装备整体水平、实现电子信息等创新技术产业配套用高技术硅微粉国产化的艰巨任务。
1.2、硅微粉产品的分类按结构可分为结晶和熔融硅微粉，按形状又可分为角形和球形硅微粉。
、一般硅微粉结晶硅微粉是以天然的石英石为原料。
由于其外形呈无规那么状，因此又称为角形结晶硅微粉。
结晶硅微粉包括普通型和非普通型，主要区别在于纯度要求。
熔融硅微粉又称无定型或非晶态硅微粉。
一是用精制石英砂为原料经高温熔炼〔1740℃〕等工序制备而成；二是以硅化物〔有机硅、四氯化硅、碱金属硅酸盐〕，采用化学合成方法制备而成。
按硅微粉的应用领域分类，又可分为：普通硅微粉〔PG〕、普通活性硅微粉〔PGH〕、电工级硅微粉〔DG〕、电工级活性硅微粉〔DGH〕、电子级结晶型硅微粉〔JG〕、电子级结晶型活性硅微粉〔JGH〕、电子级熔融型硅微粉〔RG〕和电子级熔融型活性硅微粉〔RGH〕。
1.2.2、球形硅微粉球形硅微粉主要用于大规模集成电路塑封料生产及光电子工程、化学工程等领域。
第七章-无机材料的介电性能
❖ a)形成极化需时间极短(因电子质量极小)，约10-15 ｓ，故其εr不随频率变化；
❖ b)具弹性，外电场去掉，作用中心又会重合而整个 呈现非极性，故电子式极化没有能量损耗。
❖ c)温度对电子式极化影响不大。温度升高介质略有 膨胀，单位体积内分子数减少，引起εr略为下降， 即εr具有不大负温度系数。
i
a3 4
n 1
0
3）转向极化即偶极子极化
❖ 偶极子正负电荷中心不重合，好象分子一端带正 电荷，另一端带负电荷，形成一个永久偶极矩。 电场作用下，原混乱分布极性分子顺电场方向排 列，显示极性。偶极子极化存在于极性电介质中， 特点：
❖ a) 极化是非弹性，消耗电场能在复原时不可能 收回。
❖ b) 形成极化需时间较长，约为10-10～10-2ｓ， 其及ε转r与动电，源因频而率其有εr关减系小，。频率很高，偶极子来不
小称为质点极化率，用α表示。(法.米2)只与
材料性质有关。
E loc
❖ 极化强度：单位体积内电偶极矩总和称为极
化强度，用P表示。(库/米2)
❖ 极化系数
p 0E
p V
介质总极化
❖ 1、电子极化 ❖ 2、离子极化 ❖ 3、偶极子转向极化 ❖ 两种基本形式 ❖ 1、位移式极化 ❖ 2、松弛极化
况，k介于-1与+1之间，对上式求ε全微分有：
❖ kεk-1dε = X1kε1k-1dε1 + X2kε2k-1dε2
❖ 当k→0时，有： 对其积分得： lnε = X1lnε1 + X2lnε2
❖ ----此式适用于两相介电常数差别不大且分布 较为均匀情况。
❖ 球形颗粒均匀分散在介电常数为εm基相中时， 可用Maxwell关系来描述。
介电性能
介电性能求助编辑介电性能是指在电场作用下,表现出对静电能的储蓄和损耗的性质，通常用介电常数和介质损耗来表示.材料应用高频技术时，如实木复合地板采用高频热压时介电性能是非常重要的性质。
介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介电常数(permittivity),又称诱电率。
目录编辑本段简介无机介质材料表现出来的介电性能的应用中，还涉及到介电常数、介电损耗因子和介电强度等。
介电常数又叫介质常数、介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。
编辑本段损耗因子仅与介质有关，其大小可作为绝缘材料的判据。
介质由介电状态变为导电状态的临界电场强度称为介电强度。
常见溶剂的介电常数：H2O (水) 78.5HCOOH (甲酸) 58.5CH3COOH(乙酸)6.15CH3COOC2H5(乙酸乙酯)6.02HCON(CH3)2 (N,N-二甲基甲酰胺)36.7CH3OH (甲醇) 32.7C2H5OH (乙醇) 24.5CH3CH2CH2-OH(正丙醇)20.1CH3CH2CH2CH2-OH（正丁醇）17.8n-C6H13OH （正己醇）13.3CH3COCH3 (丙酮) 20.7C6H6 (苯) 2.28CCl4 (四氯化碳) 2.24n-C6H14 （正己烷）1.88CH3SOCH3（二甲基亚砜，DMSO）47.2编辑本段特性是指物质分子中的束缚电荷(只能在分子线度范围内运动的电荷)对外加电场的响应特性,它主要由相对介电常数εr'、相对介质损耗因数εr〃、介质损耗角正切tanδ和介质等效阻抗等参数来表征。
油和水（纯净的水）都属绝缘体。
但纯净的水的介电性能远远高于油。
拿相对介电常数来讲，水的介电常数是81，而变压器油的在3-5之间。
高聚物的介电性能高聚物的介电性能是指高聚物在电场作用下，表现出对静电能的储存和损耗的性质，通常用介电常数和介电损耗来表示。
无机材料介电性能
❖ 极化时间：电畴转向需要一定的时间，时间适当长一点，极 化就可以充分些，即电畴定向排列更完全。
实验表明，在相同的电场强度E作用下，极化时间长的， 具有较高的极化强度，也具有较高的剩余极化强度。
❖ 极化电压：极化电压加大，电畴转向程度高，剩余极化强度 变大。
❖ 晶体结构：同一种材料，单 晶体和多晶体的电滞回线是
不同的。右图反映BaTiO3单 晶和陶瓷电滞回线的差异。 单晶体的电滞回线很接近于
矩形，Ps和Pr很接近，而且Pr 较高；陶瓷的电滞回线中Ps与 Pr相差较多，表明陶瓷多晶体 不易成为单畴，即不易定向 排列。
五、铁电体的性能及其应用
1、介电特性 ❖ BaTiO3一类的钙铁矿型铁电
2、铁电体的基本特征 ❖ （1）铁电体的基本特征：
铁电材料在电极化中存在电滞回线； 晶体中存在电畴形式的微结构 ； 在外加电场下，晶体中的电偶极矩可转变方向； 存在居里温度Tc(常称居里点)。
❖ （2）居里温度Tc 当T>Tc时，材料由铁电相转变为顺电相，极化时电滞回 线特性消失。此时，P与E一般呈现线性关系，介电常数 随温度的变化服从居里-外斯定律：
一、铁电体
1、基本概念 ❖ 线性（非线性）介质：有外加电场时，介质的极化强度与宏
观电场的关系是线性（非线性）的，称为线性（非线性）介 质。 ❖ 自发极化：在无外电场作用的时候，晶体的正负电荷中心不 重合而呈现电偶极矩的现象称为自发极化。 ❖ 通常将晶胞里存在固有电偶极矩的晶体称为极性晶体。
❖ 铁电体：在一定温度范围内具有自发极化，且自发极化方向 能随外场作可逆转动的晶体称为铁电体。
这种结构也可看成是一组BO6八面体按 简立方图样排列而成，各氧八面体由公有 的氧离子联结，A正离子占据氧八面体之 间的空隙。钙钛矿原胞是立方的，也可畸 变成具有三角和四方对称性。
无机材料物理性能实验 (2)
实验一 测定无机非金属材料的介电常数一、实验目的1、掌握测定无机非金属材料介电常数的操作过程二、实验原理相对介电常数通常是通过测量试样与电极组成的电容、试样厚度和电极尺寸求得。
相对介电常数(εr )测试可用三电极或二电极系统。
对于二电极试样，由于方形电容C x 的计算公式是：dYX C ⋅⋅⋅=0r x εε （1）因此，待测材料的介电常数可以表示为：YX dC ⋅⋅⋅=0x r εε （2）式2中C x 为试样电容(法)，X 为电极长度(米)，Y 为电极宽度(米)，d 为电极板之间的距离(米)，ε0=8.854 187 818× 10-12法拉/米(F/m)。
图1 电容法测量材料介电常数示意图测试中，选择电极极为重要。
常用的是接触式电极。
可用粘贴铝箔、烧银、真空镀铝等方法制作电极，但后者不能在高频下使用。
低频测量时，试样与电极应屏蔽。
在高频下可用测微电极以减小引线影响。
在某些特殊场合，可用不接触电极，例如薄膜介电性能测试和频率高于30兆赫时介电性能的测量。
无机材料物理性能课程实验指导书三、实验仪器PGM—2型数字小电容测试仪、玻璃刀、玻璃板、游标卡尺、铝质平板电极、连接导线四、实验步骤1、采取边长为100×100mm的正方型玻璃板，记录电极板的长X、宽Y以及实际玻璃板的厚度d。
2、按照图1连接仪器。
3、开启数字电容仪。
4、松开电极板紧定螺丝，将上电容板台到适当高度，在中间放入一块测量好的玻璃，使上下电容板与玻璃板相接触，然后旋紧固定螺丝。
5、读取电容数字。
6、然后重复4、5步骤，将玻璃板换成2-5块，分别测出其电容值。
7、结束实验，关闭仪器。
实验数据五、思考题1.介电常数与介电材料的厚度有什么样的关系？2.介电现象是如何产生的？实验二 热电效应实验一、实验目的1、了解热电材料的赛贝克(seeback)定律，珀耳帖(Peltier)效应，汤姆孙效应等热电材料的特性。
2、熟练的使用万用表来测量热电效应产生的电势差。
第七章无机材料的介电性能
❖ 实际工作，TKε为正：正温度系数(PTC)，滤波电路和隔直流电容器； ❖ TKε为负：负温度系数(NTC)，热补偿电容器; ❖ TKε接近0值：要求电容量热稳定度高回路中电容器和高精度电子仪器中电容器。
❖ 电子式极化，TKε为负，温度升高时，介质密度降低，极化强度P降低; ❖ 离子式极化，Tkε为正； ❖ 松弛极化，TKε可正，可负，某个温度时，ε可出现最大值。 ❖ 从材料开发，如瓷介电容器，根据不同用途，来确定不同TKε要求。 ❖ 任务：获得TKε接近于零而ε尽可能高材料有效途径是--→混合。 ❖ TKε用不同温度系数材料来混合(易调)，对ε，要求混合尽可能均匀， 一般ε不大，在金红石瓷中加入一
❖ 2、克劳修斯-莫索蒂方程
❖ ❖
1 n r 建立宏观量介电常数εr与微观量极化率α关系，n单位体积中极化质点数。
ε0=8.85×10-12F/m（法拉/米）
2 3 r
0
克劳修期一莫索蒂方程 ❖ 克劳修期一莫索蒂方程（Clausius-mosotti equation）
❖ 表征极化特性宏观参数----介电常数与微观参数----分子极化率α联系起来，同时提供计算介电性能参数
❖ 2） 离子式极化：离子晶体中，无电场作用时，离子处在正常结点位置并对外保持电中性，在电场作用 下，正、负离子产生相对位移，破坏原先呈电中性分布状态，电荷重新分布，相当于从中性分子转变为 偶极子，产生离子位移极化。
❖ 3） 转向极化：极性电介质中，存在固有偶极矩μ0。无外电场时，混乱排列，而使∑μi=0， 在外电场时， 偶极转向，成定向排列，从而使电介质极化。
❖ a)形成极化所需时间极短，约为10-13ｓ，在一般频率范围内，可认为εr与频率无关； ❖ b) 属弹性极化，几乎没有能量损耗。
无机材料的介电性能-第2讲
Ti4+－O2-间距大（2.005A）, 故氧八面体间隙大,
因而
Ti4+离子能在氧八面体中振动。
T>120
℃, Ti4+处在各方几率相同（偏离中心的几率为
零），对称性高，顺电相。
T<120
℃ Ti4+由于热涨落，偏离一方，形成偶极矩，
按氧八面体三组方向相互传递、偶合，形成自发极化电 畴。
第六章 无机材料的介电性能
存在一个居里温度Tc(常称居里点)，当T>Tc时，材料由铁电 相转变为顺电相，极化时电滞回线特性消失，P与E一般呈现 线性关系，并且介电常数随温度的变化服从居里-外斯定律：
C /(T T0 ),T TC
式中C为居里-外斯常数，T0为居里-外斯温度。对连续 相变，T0=Tc；对一级相变，T0<Tc。
第六章 无机材料的介电性能
铁电存储器的应用领：
强耐辐射能力—— 空间和航天技术应用 优异的读写耐久性—— 电视频道存储器、游戏机数 字存储器、汽车里程表和复印机计数器等应用 低电压工作和低功耗——移动电话及射频识别系统中 的存储器 高速写入和编程能力、低功耗、长耐久性等——IC卡 最理想的存储器。
材料的介电性能
外电场作用下，负离子和正离子相对于它们的正常位置发
生位移，形成一个感生偶极矩。
➢ ①反应时间为10-13S
➢ ②可逆;
➢ ③温度升高，极化增强；
➢ ④产生于离子结构电介质中
离子位移极化率：
a
a3 4
n1
0
式中：a为晶格常数；n为电子层斥力指数， 对于离子晶体n
为7-11
（3）驰豫极化
外加电场作用于弱束缚荷电粒子造成，与带 电质点的热运动密切相关。热运动使这些质点 分布混乱，而电场使它们有序分布，平衡时建 立了极化状态。为非可逆过程。
损耗角正切的倒数Q就表示电介质的品质因数，希望它的值高。
（3）频率的影响
εr，tgδ，p与ω的关系
• 在 m下，损耗角正切值达最大值，即可得
m
1
rs
（2）温度的影响
εr、tgδ、P与T的关系
（3）湿度的影响
介质吸潮后，介电常数会增加，但比电导的增 加要慢，由于电导损耗增大以及松驰极化损耗 增加，而使tgδ增大。 对于极性电介质或多孔材料来说，这种影响特 别突出，如，纸内水分含量从4％增加到10％ 时，其tgδ可增加100倍。
离子转向极原子种类和键合类型空间电荷极化面缺陷22极化形式极化的电介质种类极化的频率范围与温度的关能量消耗电子位移极一切陶瓷直流光离子结构直流红温度升高极化增强很弱离子松弛极离子不紧密的材料直流超高频随温度变化有极大值电子位移松弛极化高价金属氧直流超高频随温度变化有极大值转向极化有机直流超高频随温度变化有极大值结构不均匀的材料直流高随温度升高而减小23613宏观极化强度和微观极化率的关系1有效电场
在物理阻碍：晶界，相界， 自由表面，缺陷等处，自由电 荷积聚就可形成空间电荷极化。 在夹层、气泡处形成的称为界 面极化。
无机材料物理性能—第七章
+ + + + + -
E外
+ + + +
E1
P
- - -
++ + + + - - - -
-
矢量和
E E外 E1
1、介质的极化
1.2 克劳修斯-莫索蒂方程
原子位置的局部电场
+ + + + -
E3
-
E外
- - + + + E1 + E2 + + + + + ++ + + + - - -
E 电偶极矩 μ=ql
1、介质的极化
1.1 极化现象及其物理量
极性分子在电场下转向极化示意图
1、介质的极化
1.1 极化现象及其物理量
极化率：单位电场强度下，质点电偶极矩的 大小：
极化强度P intensity of polarization: 束缚电 荷的面密度；单位体积内的电偶极矩之和
Eloc
P V
nql V
s
l
1、介质的极化
1.1 极化现象及其物理量
如果每一个偶极子方向相同，则：
P nV nV Eloc
定义：
P o E
为电介质极化系数
建立极化强度和宏观电场强度的关系
1、介质的极化
1.1 极化现象及其物理量
电场强度 材料特性 如何评价材料 的极化强度？
频率的影响 在无线电频率（106Hz）下，离 子松弛极化来不及建立。频率 越高，介电系数越小。
无机材料的介电性能及其机制研究
无机材料的介电性能及其机制研究介电性能是无机材料研究中一个重要的方面，它涉及到材料在电场作用下的响应和性能表现。
无机材料的介电性能不仅对于电子学器件的设计和制备具有重要意义，还在能量存储、传感器等领域具有广泛的应用。
本文将介绍无机材料的介电性能及其机制研究的相关内容。
一、介电性能的基本概念介电性能是指材料在电场作用下的响应特性，主要包括介电常数、介电损耗和介电强度等指标。
介电常数是材料在电场作用下的极化程度的度量，它反映了材料对电场的响应能力。
介电损耗是指材料在电场作用下发生的能量损耗，它与材料的电导率和介电常数有关。
介电强度是指材料能够承受的最大电场强度，它是材料的耐电击能力的指标。
二、无机材料的介电性能无机材料的介电性能与其结构和组成密切相关。
常见的无机材料如氧化物、氮化物和硅酸盐等具有良好的介电性能。
其中，氧化物材料如氧化铝、氧化锌等具有高介电常数和低介电损耗的特点，适用于电子元件中的绝缘层和电容器等部件。
氮化物材料如氮化硼、氮化铝等具有高介电强度和低介电常数的特点，适用于高压和高频电子器件。
硅酸盐材料如钛酸锶、钛酸钡等具有较高的介电常数和良好的介电强度，适用于微波器件和声表面波器件等。
三、无机材料的介电性能机制研究无机材料的介电性能机制研究是为了揭示材料的电子结构和极化行为，为材料的设计和应用提供理论依据。
目前，研究者们通过实验和理论模拟等手段，对无机材料的介电性能机制进行了深入研究。
首先，实验方法方面，研究者们通过电容法、阻抗谱法和介电松弛法等手段，对材料的介电性能进行表征和分析。
这些实验方法可以测量材料的介电常数、介电损耗和介电强度等参数，从而揭示材料的介电特性和性能。
其次，理论模拟方面，研究者们通过密度泛函理论、分子动力学模拟和量子力学计算等方法，对材料的电子结构和极化行为进行模拟和计算。
这些理论模拟方法可以揭示材料的电子能带结构、电荷分布和极化机制，为解释实验结果和指导材料设计提供理论依据。
第七章无机材料的介电性能
第七章无机材料的介电性能概述无机材料是一类广泛应用于电子、光学、能源等领域的材料。
介电性能是描述无机材料在电场作用下的响应能力的重要指标，对材料的电学性质和应用具有重要影响。
本章将介绍无机材料的介电性能，包括介电常数、介电损耗、介电饱和极化等内容。
介电常数介电常数是描述无机材料在电场中响应能力的一个重要参数。
它衡量了材料在电场作用下的极化程度，即材料中电荷的重新分布情况。
介电常数通常由介电常数实部和虚部组成，分别表示材料的储存能量和耗散能量。
实部描述了材料对电场的响应程度，虚部表示了能量损耗的程度。
介电常数可以通过实验测量或模拟计算得到。
不同的无机材料具有不同的介电常数，这决定了材料在电子器件和光学器件中的应用。
介电损耗介电损耗是介电材料在电场作用下吸收和耗散能量的过程。
它是材料的一种特性，通常通过介电常数的虚部来描述。
介电损耗会导致能量的转换和散失，影响材料的电学性能和应用效果。
无机材料的介电损耗与多种因素有关，如材料的晶体结构、杂质含量和温度等。
在工程应用中，需要考虑介电损耗对电子器件、光学器件等的影响，以保证材料的性能和稳定性。
介电饱和极化介电饱和极化是指无机材料在高频电场作用下的极化现象。
介电饱和极化与外加电场频率和强度相关。
当电场频率较低或电场强度较小时，材料的极化程度较弱。
随着电场频率的增加或电场强度的增加，材料的极化程度逐渐增强，直到达到极限值，无法继续增加。
这种现象称为介电饱和极化，在实际应用中需要考虑介电饱和极化带来的限制，以避免对材料性能和应用造成不利影响。
无机材料的应用无机材料的介电性能决定了它在电子、光学和能源等领域的应用。
在电子器件中，无机材料常被用作介电层、储能层或传输层，以实现电信号的传输和存储。
光学器件中，无机材料的介电性能决定了其透过率、反射率和透射率等光学性质。
此外，无机材料还被广泛应用于能源领域，如太阳能电池、超级电容器等。
通过研究和调控无机材料的介电性能，可以提高材料的性能和应用效果，推动相关领域的发展。
55205介电常数 -回复
55205介电常数-回复55205介电常数，也称为电容率，是材料的物理性质之一，用于描述材料对电场的响应能力。
在电磁学领域中，介电常数是非常重要的参数，它决定了材料中电场的传播速度以及电场和电荷之间的相互作用方式。
本文将一步一步回答与55205介电常数相关的问题，以帮助读者更好地了解和理解这一主题的背景、含义和应用。
第一步：介绍55205介电常数在电磁学中，介电常数用于描述电场中的材料是如何与电场相互作用的。
它表示了材料中电场的传播速度以及电场和电荷之间的相互作用强度。
介电常数通常用ε表示，是材料的一种电性质，与导电性不同。
不同材料具有不同的介电常数，这是因为它们的分子结构和化学成分不同。
第二步：了解介电常数的意义介电常数主要用于描述材料中的电场响应能力。
电场是由电荷引起的一种物理现象，它会对材料中的电荷产生力的作用。
介电常数决定了电场和材料中的电荷之间的相互作用程度，即材料对电场的响应程度。
介电常数越大，材料对电场的响应能力越强，反之亦然。
第三步：了解介电常数的测量方法介电常数的测量可以采用多种方法，常见的有电容法、束缚电流法和色散关系法等。
其中，电容法是最常用的一种测量方法。
该方法通过测量材料中构成电容器的两个电极之间的电容值来确定介电常数。
通常，介电常数是通过与真空中的介电常数进行比较来测量的。
第四步：了解介电常数的应用领域介电常数在各个领域都有广泛的应用。
在工程和材料科学中，介电常数被用于设计和优化电子器件和电路中的材料和结构。
在光学领域，介电常数决定了光线在材料中的传播速度和折射率，对实现光学器件的性能和功能起着重要作用。
此外，介电常数还用于研究和开发用于无线通信、雷达和太阳能电池等应用的电介质材料。
第五步：了解介电常数的相关参数介电常数与其他参数之间存在一些关系。
其中，介电常数ε可以通过电容率或相对介电常数ε_r来表示。
电容率是介电常数与真空中的介电常数之比。
相对介电常数是材料的介电常数与真空介电常数之比，通常用来表示特定材料的电性质。
漆包线的介电常数
漆包线的介电常数
漆包线是一种用作电线绝缘材料的特殊线材。
它由绝缘层和导电线芯组成，能够有效地隔离导体与外界环境，防止电流泄漏和短路现象的发生。
这种电线常用于电子设备、电动工具和家用电器等领域。
漆包线的介电常数是指它在电场中的绝缘性能。
介电常数越大，表示绝缘层对电场的隔离能力越强，电流泄漏的可能性越小。
因此，漆包线的介电常数对其绝缘性能具有重要影响。
漆包线的绝缘层通常采用有机物质制成，如漆包纸或漆包布。
这些绝缘材料的介电常数一般在2到5之间。
相比之下，空气或真空的介电常数为1，而玻璃等无机材料的介电常数在4到10之间。
因此，漆包线的介电常数相对来说较低，但仍能提供良好的绝缘性能。
漆包线的介电常数与其绝缘层材料的性质密切相关。
绝缘层材料越均匀、致密，其介电常数就越接近理论值。
而对于漆包线而言，绝缘层材料的均匀性和致密性取决于制造工艺和材料选择。
在实际应用中，我们需要根据具体情况选择适合的漆包线。
对于高频电路，要求漆包线的介电常数尽可能低，以减少信号传输的衰减。
而对于高压电路，要求漆包线的绝缘性能尽可能好，以防止电流泄漏和电击危险。
漆包线的介电常数是评估其绝缘性能的重要指标。
了解漆包线的介电常数有助于选择适合的电线材料，并确保电路的安全稳定运行。
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在两个谐振之间有一反谐振f a ，电流与电压同相，发生 在振子阻抗最大(输出电压最大)的频率f n附近。
L1
C1
R
C0
压电振子的等效电路
电感的意义：当某一振子在交 变电场的作用下，发生形变， 引起另一压电振子形变，从而 感应出电荷。其原因是由于振 子的惯性引起，可等效为振子 的质量，而电容可等效为弹性 常数，电阻由内摩擦引起。
通过该等效电路图求出这一电路的阻抗绝对值，对其求 导，在R=0时，求出fm,fn fm=1/[2(L1C1)1/2] 此时有：fm=fr,fn=fa (串联谐振） fn=1/{2[L1C1C0/(C0+C1)] ½} (并联谐振）
（2）压电振子的振动模式
伸缩振动、切变振动、弯曲振动
沿轴向振动
薄片型
具有压电性的材料不一定是铁电体 例如： 具有压电性材料又有铁电性的材料 BaTiO3 、Pb(Zr、Ti)O3、 Pb(Co 1/3 Nb 2/3 )O3 、 Pb(Mn ½ Sb ½ )O3 、Pb(Sb ½ Nb ½ )O3。 ----石英、纤维锌矿（ZnS)仅有铁电性。
6.5.3 铁电性 1. 铁电体 电介质的极化强度与施加电场呈正比： P= o eE
较高温度时，热振动能比较大，钛离子难于在偏离中 心的某一个位置上固定下来，接近六个氧离子的几率 相等，晶体保持高的对称性，自发极化为零。
温度降低，钛离子平均热振动能降低，因热涨落，热 振动能特别低的离子占很大比例，其能量不足以克服 氧离子电场作用，有可能向某一个氧离子靠近，在新 平衡位置上固定下来，并使这一氧离子出现强烈极化， 发生自发极化，使晶体顺着这个方向延长，晶胞发生 轻微畸变，由立方变为四方晶体。
正压电效应
逆压电效应
正压电效应的电位移与施加的应力有如下关系： D=dT
d:压电常数
逆压电效应的应变与施加的电场强度有如下关 系： S=dE d:压电常数 注：正、逆压电效应的压电常数一样。
2. 压电材料的性能 （1）机电偶合系数 （2）机械品质因数 （3）频率常数 （4）压电常数 （5）弹性模量、相对介电常数、居里温度等。 介电质的基本性能：介电常数、介电损耗等 特殊应用要求的性能：如：滤波器要求谐振频率稳定 性高
铁电晶体的两大类：有序—无序型铁电体（自发极化同个 别离子的有序化相联系）；位移型铁电体（自发极化同一 类离子的亚点阵相对于另一类亚点阵的整体位移相联系）。
3 . 铁电体的性能及应用
（1）性能
电滞回线
介电特性
非线性
晶界效应
（2）应用
热释电材料的应用 透明铁电材料的应用
铁电电容器的应用
独石电容器结构图 片式结构 外层纯Sn电极
• •
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° °
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•
等轴晶系（大于120oC） ： 晶胞常数：a=4.01A 氧离子的半径：1.32A 钛离子的半径： 0.64 钛离子处于氧八面体中， 两个氧离子间的空隙为：4.01－2× 1.32= 1.37 钛离子的直径：2× 0.64= 1.28
结果：
氧八面体空腔体积大于钛离子体积，给钛离子位移的 余地。
• 热释电效应：在热平衡条件下，电介质因自发 极化产生表面束缚电荷，这种电荷被来自空气 中富集于电介质表面上的自由电荷所补偿，其 电不能显现出来，当温度发生变化，由温度变 化引起电介质的极化状态的改变不能及时被来 自电介质表面上的自由电荷所补偿，使电介质 对外显电性。Ps=p T（具有自发极化的晶 体） • 铁电性：在一定温度范围内具有自发极化，在 外电场作用下，自发极化能重新取向，电位移 矢量与电场强度间的关系呈电滞回线特征。 （具有自发极化的晶体）
陶瓷介质
中间Ni电极
底层Ag电极 PbAg内 电极
印刷电极
带引线结构
环氧包封
镀锡铜线
6.5.4 压电性
1. 压电效应 压电效应：
正压电效应：在极性晶体上施加压力、张力、切 向力时，则发生与应力成比例的介质极化，同时 在晶体两端将出现正负电荷。 逆压电效应：在极性晶体上施加电场引起极化， 则将产生与电场强度成比例的变形或机械应力。
• •
钛、氧离子的位移 自发极化：这种极化状态并非由外电场引起，而是由 晶体的内部结构引起。在这类晶体中，每一个晶胞内 存在有固有电矩，通常将这类晶体称为极性晶体。 一般介电极化，是介质在外电场作用下引起，没有外 电场，这些介质的极化强度为0。
•
•
°
°
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•
•
•
固 有 偶 极 子
电畴的形成：许多固有电偶极矩产生自发平行排列 形成一个畴。
极 化 方 向
薄长片
轮廓振动或 径向振动
厚度振动
厚度切 变振动
长度振动 横向效应
极化方向
伸缩振动：极化方向与电场方向平行时产生的振动。 包括长度伸缩振动、厚度伸缩振动。
切变振动：极化方向与电场方向垂直时产生的振动。 包括平面切变振动、厚度切变振动。
纵向效应：弹性波传播方向与极化轴平行。 横向效应：弹性波传播方向与极化轴垂直。 弯曲振动：具有两种以上激励电极的振子，在极化方 向与电场方向平行而施加的方式不同时，产生的振动。 包括厚度弯曲和横向弯曲。
6.5 铁电性与压电性
6.5.1 概述 晶体的介电性：电场作用引起电介质产生极化的 现象. P= (1－ o)E = o ( r- 1) E 正压电效应：电介质材料在小外力作用下，在某 些相对应的表面上产生等量异号电荷，由形变产 生电极化。D=d T（不具有对称中心的晶体：水 晶、罗息盐、闪锌矿）。逆压电效应： S=dtE 电致伸缩效应：电介质在大外力作用下，需考虑 非线性项。S=vE2
未加应力
加应力正负电荷中心不分开，不产生极化
(3) 无对称中心，且本身具有自发极化特性的结构 例1：具有极性轴或结构本身具有自发极化的结构
+ 固 有 偶 极 子 正 电 荷 层 与 负 电 荷 层 交 替 排 列
+ +
+
+ -
+
+ -
+
+
纤锌矿(ZnS)结构在（010）上投影
表示晶体极性链 的两种方法
4 . 压电材料及其应用
（1）材料
钛酸钡
钛酸铅 钙钛 矿型
锆酸铅
钛锆酸铅
非钙钛矿型：
焦绿石、硫化镉、氧化 锌、氮化铝
（2） 应用
电声器：扬声器、送话筒、
水下通讯和探测：水声换能器、鱼群探测器
雷达中的陶瓷表面波器件
通讯设备：陶瓷滤波器
精密测量：压力计 红外技术：红外热电探测器 高压电源：变压器
3. 压电振子谐振特性及振动模式 (1) 谐振特性 压电振子：极化后的压电体。
谐振的产生：对压电振子施加交变电场，当电场频 率与压电体的固有频率一致时，产生谐振。
反谐振 阻抗
谐振
频率
谐振频率：形成驻波的频率。
形成驻波的条件：L= n / 2
振动频率：f r=u/ （ u----声波的传播速度与物体的密度 和弹性模量有关） 谐振线度尺寸与频率的关系：L= n（ u/ f r ） / 2 n=1, 频率为基频，其它为二、三次等谐振 当发生谐振时，电流与电压同相，发生在振子阻抗最小 (电流最大)的频率f m附近.
－－－－－－－ + + + + + 极化方向
－－－－－－－ + + + + +
自由电荷
－ － － － － + + + + + + +
极化方向
－ － － － － + + + + + + + － － － － － －－－－－－－ 释放电荷 + + + + + 极化方向 － － － － － + + + + + + + + + + + +
-
+ -
+ -
极 化 轴 C
+ -
+ -
+
+ -
+
+ -
+
+ -
-
+ +
-
+
-
例2：由热运动引起的自发极化
铁电体的位移性理论： 自发极化主要是由晶体中某些离子偏离了平衡位置， 使单位晶胞中出现了偶极矩，偶极矩之间的相互作用 使偏离平衡位置的离子在新的位置上稳定下来，同时 晶体结构发生了畸变。
钛酸钡的结构：钙钛矿型结构
EC ：矫顽场强。 铁电陶瓷的电滞回线
自发极化：在某一低温时由于热能所造成的偶极子混乱 排列被局部电场所克服，从而产生自发极化，晶体中每 一个晶胞里存在固有的电偶极矩，形成永久偶极矩。这 种电偶极子在无任何外场作用时自发排列。
极性晶体：具有自发极化特性的晶体。
铁电体：在一定温度范围内含有能自发极化，且自发极化 方向可随外电场作可逆转动晶体。即具有铁电性晶体。 铁电晶体的特点：极性晶体、特殊的晶体结构（自发极化 改变方向时，晶体构造不发生大的畸变。
铁电材料的极化强度不与施加的电场成线性关系， 并具有明显的滞后。二者典型的关系如下图：
铁电性：在一定温度范围内具有自发极化，在外电 场作用下，自发极化能重新取向，电位移矢量与电 场强度间的关系呈电滞回线特征。
P P sB Pr EC AO
C
Ps：无电场时单畴 的自发极化强度； E
Pr：剩余极化强度；
介电材料
介电体 压电体 热释电体 铁电体