高介电常数电介质
高介电常数陶瓷
高介电常数陶瓷
高介电常数陶瓷是一种具有较高介电常数的陶瓷材料。介电常数是材料对电场的响应能力的度量，表示材料在电场作用下的极化程度。高介电常数的陶瓷材料广泛应用于电子器件、电子通信、储能设备等领域，具有重要的应用价值。
高介电常数陶瓷的高介电常数主要归功于其特殊的晶体结构和成分。一些常见的高介电常数陶瓷材料包括铁电体、钛酸锶钡（BST）陶瓷、铌酸锂（LiNbO3）陶瓷等。这些材料具有较高的介电常数，使得它们在电场作用下能够产生较大的极化效应，从而实现对电场的响应和调节。
高介电常数陶瓷在电子器件中的应用非常广泛。例如，在电容器中，高介电常数陶瓷材料可以作为电介质层，用于储存和释放电荷。由于其较高的介电常数，可以在有限的体积内实现较大的电荷储存能力，从而提高电容器的性能。高介电常数陶瓷还可以应用于微波设备中，用于实现信号的调制、滤波和耦合等功能。
除了在电子器件中的应用，高介电常数陶瓷还可以用于电子通信领域。在无线通信系统中，高介电常数陶瓷材料可以用于天线的调谐和匹配。通过调节陶瓷材料的介电常数，可以实现天线对特定频率的信号的接收和发送。高介电常数陶瓷还可以用于超声波传感器中，通过改变材料的介电常数来调节超声波的传播速度和散射特性，从而实现对材料的检测和成像。
高介电常数陶瓷还被广泛应用于储能设备中。例如，铁电体陶瓷具有较高的介电常数和压电效应，在电场作用下可以发生极化和变形，因此被广泛应用于压电陶瓷储能器件中。这些储能器件可以将电能转化为机械能，实现能量的存储和释放，具有较高的能量密度和快速响应的特点。
High-K和Low-K电介质材料
High-K和Low-K电介质材料
不同电介质的介电常数k 相差很大，真空的k 值为1，在所有材料中最低；空气的k值为1.0006；橡胶的k值为2.5～3.5；纯净水的k值为81。工程上根据k值的不同，把电介质分为高k(high-k)电介质和低k(low-k)电介质两类。介电常数k ＞3.9 时，判定为high-k；而k≤3.9时则为low-k。IBM将low-k标准规定为k≤2.8，目前业界大多以2.8作为low-k电介质的k 值上限。
一、High-K电介质材料
随着集成电路的飞速发展，SiO2作为传统的栅介质将不能满足MOSFET，器件高集成度的要求，需要一种新型High-k材料来代替传统的SiO2。[1]所谓High-K电介质材料，是一种可取代二氧化硅作为栅介质的材料。它具备良好的绝缘属性，同时可在栅和硅底层通道之间产生较高的场效应（即高-K）。两者都是高性能晶体管的理想属性。
High-K电介质材料应满足的要求：：(1) 高介电常数,≤50 nm CMOS 器件要求k >20；(2)与Si 有良好的热稳定性；(3)始终是非晶态，以减少泄漏电流；
(4)有大的带隙和高的势垒高度，以降低隧穿电流；(5) 低缺陷态密度/ 固定电荷密度，以抑制器件表面迁移率退化。[2]
最有希望取代SiO2栅介质的高K材料主要有两大类：氮化物和金属氧化物。
1.氮化物
氮化物主要包括Si3N4，SiON等。Si3N4介电常数比SiO2高，作栅介质时漏电流比SiO2小几个数量级，Si3N4和Si的界面状态良好，不存在过渡层。但Si3N4具有难以克服的硬度和脆性，因此Si3N4并非理想的栅介质材料。
电介质物理_徐卓、李盛涛_第十讲各类实际电介质的极化和介电常数
2. 静电场或低频率下，电子位移极化和偶极转向几乎同时 发生，介电常数为静态介电常数
gs
3 s 2 s1
2n0 s1 2( 1)( s 1) fs 3 0 2 s1 e ( 2)( 2 s 1)
极性液体电介质
2 (2 s )( s ) n0 0 2 3 0 3KT s ( 2)
1 n0 g e 0 (1 e f )
3 g 2 1
2n0 1 f 3 0 2 1
极性液体电介质
得克—莫方程
1 n0 e 3 0 2 1
对非极性液体 0 0 Onsager方程转化为克—莫方程
气体
等容温度系数
1 d r 1 1 2 |V C ( r n ) ( r n 2 ) r dT T r T
2. 当T不变
02 d r ( r 2) 2 ( e ) dP 9 0 KT 3KT
气体
r 1
02 d r 1 ( e ) 常数 dP 0 KT 3KT
气体
e ni ei
n i 和 ei 分子中第i种原子的数目及电子位移极化率
若已知分子极化率α，由克—莫方程可估算介电常数
双原子分子的分子极化率
2 4 0 a
gnc3004介电常数
gnc3004介电常数
GNC3004是一种高介电常数的材料，通常被用于电子设备中作为介质材料。介电常数是指电介质在单位电场下的极化程度，高介电常数意味着材料在电场下能够更容易地极化。
以下是关于GNC3004介电常数的2500字介绍：
GNC3004是一种高性能的介质材料，广泛应用于各种电子设备中。其高介电常数使得它在许多应用中表现出优异的性能。本文将详细介绍GNC3004的介电常数及其影响因素。
一、介电常数的定义与意义
介电常数是指电介质在单位电场下的极化程度，是衡量电介质在电场作用下极化能力的物理量。介电常数的大小决定了电介质存储电能的能力，也直接影响到电子设备的性能。在高频电子设备中，如微波器件、高速数字电路等，介电常数对于设备的性能和稳定性具有至关重要的影响。
二、GNC3004的介电常数
GNC3004是一种具有高介电常数的材料，其介电常数高达10以上。这意味着在相同电场下，GNC3004的极化程度比普通介质材料更高，能够更好地存储电能。因此，GNC3004在高频电子设备中具有优异的性能表现。
三、影响介电常数的因素
介电常数的大小受到多种因素的影响，包括材料本身的性质、温度、湿度以及频率等。下面分别对这几个因素进行详细分析：
1. 材料性质
不同材料的介电常数是不同的。一些材料具有较高的介电常数，如钛酸钡、硅酸盐等；而另一些材料则具有较低的介电常数，如空气、玻璃等。因此，在选择介质材料时，需要根据实际应用的需求来选择具有适当介电常数的材料。
2. 温度
温度对于介电常数的影响较小，但仍然不可忽视。随着温度的升高，部分材料的介电常数会有所降低。这是由于高温下材料内部的离子或分子活动加剧，导致极化能力下降。因此，在考虑电子设备的性能时，需要考虑到工作温度对其可能产生的影响。
介电常数的物理意义
介电常数反映的是电介质在电场中储存静电能的相对能力，对于介电材料来说，相对介电常数越小绝缘性越好。
如果有高介电常数的材料放在电场中，电场的强度会在电介质内有可观的下降。理想导体的相对介电常数为无穷大。
根据物质的介电常数可以判别高分子材料的极性大小。通常，相对介电常数大于3.6的物质为极性物质；相对介电常数在2.83.6范围内的物质为弱极性物质；相对介电常数小于2.8为非极性物质。
在学术文献中的解释
其介质常数具有复数形式，实数部分称为介电常数，虚数部分称为损耗因子。通常用损耗角的正切值tanθ（损耗因子与介电常数之比）来表示材料与微波的耦合能力，损耗正切值越大，材料与微波的耦合能力就越强。
V=K。
相对介电常数εr可以用静电场用如下方式测量：首先在两块极板之间为真空的时候测试电容器的电容C0。然后，用同样的电容极板间距离但在极板间加入电介质后测得电容Cx。然后相对介电常数可以用下式计算：
r=Cx/C0。
r=1.00053。因此，用这种电极构形在空气中的电容Ca来代替C0来测量相对电容率εr 时，也有足够的准确度。（参考GB/T1409-2006）
电容增大的倍数叫做电介质的介电常数，用ε表示。
平行板电容计算公式C=（εS/4πkd）中ε就是介电常数。
Z，单位为欧姆。对于介质（绝缘体）其值等于介质中的磁导率与介电常数的比值再开根号，如果是导体，介电常数这一项应该修正为（介电常数-j电导率/电磁波角频率）。真空的波阻抗为120，理想导体中电导率无穷大，可以认为波阻抗为0。如果依据电磁波振幅的比值，定义反射系数为R，透射系数为T，那么电磁波从Z1垂直进入Z2时，R=(Z2-Z1)/(Z1+Z2)，T=2Z2/(Z1+Z2)；所以电磁波投射到理想导体时R=-1，T=0，此时全R和T不光和金属有关，还和电磁波波长有关。这个复数的意义在于反射和透射的
高介电系数电介质材料的研究现状及发展
高介电系数电介质材料的研究现状及发展
摘要：随着信息、电子和电力工业的快速发展，以低成本生产具有高介电常数损耗的聚合物基复合材料成为行业关注的热点。因此，研究具有高介电常数的聚合物基复合材料具有十分重要的学术意义和实用价值。高介电常数的聚合物基电介质材料无论是在电力工程，还是在微电子行业都具有十分重要的作用。研究以纳米和微米尺度的高介电常数的制品，采用特殊的工艺制备了高介电常数的聚合物基纳米功能电介质复合材料。研究了制备工艺、添加物含量、以及微米/纳米等因素对复合电介质材料介电性能的影响。以及利用碳纳米管掺杂聚合物制备柔性高介电常数复合材料的研究现状。
关键词：高介电性能复合材料碳纳米管聚合物介电损耗
1电介质材料的应用领域
碳纳米管由于其独特的力学、磁学、电学等性能，在电介质材料领域其应用已涉及电极材料、纳米电子器件、复合材料等多方面逐渐形成了材料界和凝聚态物理界的前沿和热点。其中，具有高介电常数的聚合物基复合材料更是受到广泛的关注。这是因为，在电气工程领域，这类复合材料具有高介电常数、低密度以及易于低成本加工等优点，因此既可用作高储能密度电容器的介质材料，也可用作高压电缆均化电场的应力锥材料。在微电子领域，通过选择合适的聚合物基体，可以在印制电路板上快速大规模的制备高电容的嵌入式微电容器，这种高电容的微电容器可以保证集成电路的高速和安全运行。在微机电和生物工程领域，这类高介电常数柔性复合材料可被用于人工肌肉和药物释放智能外衣材料等。通常，提高聚合物基复合材料介电常数的方法主要是，将高介电常数的陶瓷粉末利用特殊的复合工艺添加到聚合物基体中形成。
论---高介电电介质材料研究进展
课题：高介电性能电介质材料研究进展
哈尔滨理工大学
科目：电介质材料最新进展 专业名称： 高分子材料与工程 2013年8月9日
材料科学与工程学院 指导老师：张明艳 姓名：李明川 学号：0902030116
高介电性能聚合物基材料研究进展
李明川
（哈尔滨理工大学，材料科学与工程学院）
摘要：电介质及其材料，是人们生活和生产中必须的基础物质。高介电性能聚合物基复合电介质材料具有高介电常数、低损耗、强击穿电压等特性，有着广泛的应用前景。该领域的研究与应用的关键是材料合成路线的设与性能的有机结合，聚合物基体与表面修饰无机颗粒界面的良好作用，使其具有优良的介电特性。本文综述了近年来该领域的研究新进展，分析了聚合物与无机颗粒界面的相互作用，展望了聚合物基复合介电材料产业化应用前景。
关键字：聚合物基、高介电性能、界面、低损耗
前言：电介质材料可用于控制/存储电荷及电能，在现代电子及电力系统中具有重要的战略地位。人们对介电材料的研究最初是从无机压电陶瓷材料开始的，无机压电陶瓷具有高介电常数和高热稳定性，但其脆性大、加工温度较高。随着信息和微电子工业的飞速发展对半导体器件微型化、集成化、智能化、高频化和平面化的应用需求增加，越越多的电子元件，如介质基板、介质天线、嵌入式薄膜电容等，既要介电材料具备优异的介电性能，又要其具备良好的力学性能和加工性能。因此，单一的无机介电材料已经不能满足上述要求，。具有高介电性能的有机功能电介质材料可用于制备高储能密度介质，在脉冲功率及电子封装技术等军/民用领域有着引人瞩目的实用前景。
电介质极化与介电常数
Q' — 由电介质极化引起的 束缚电荷
一、极化现象
电介质原先不显电性，放入到电场时，由于电场的作 用电介质内部物理结构发生变化，结果导致电介质内 部电荷分布发生变化，出现束缚电荷，整体上对外显 现电性。这个过程称作极化
+ + + + + + + E0
极化前
--- - - --
极化后
电介质的极化有五种基本形式：
研究电介质电气性能意义
设备绝缘的基础 超高压大容量的发展 新材料促进了电力工业的进步 加强绝缘材料的研究，促进科技发展
电介质电气性能的划分
四个电气性能：电介质极化特性、电介质损耗特性、 电气传导特性、电气击穿特性
介 电 特 性：
电介质极化机理，主要物理量为介电常数ε 电介质损耗机理，主要物理量为介损tgδ
电缆 r 小 可使电缆工作时充电电流减小
电机定子线圈槽出口和套管 r小,可提高沿面放电电压
2、多层介质的合理配合： 1E1 2 E2 电场分布与 成反比 组合绝缘采用适当的材料可使电场分布合理
3、研究介质损耗的理论依据：介质损耗与极化类型有关，损耗是绝缘 劣化和热击穿的主要原因
4、绝缘试验的理论依据：在绝缘预防性试验中通过测量吸收电流可以 反映夹层极化现象，能够判断绝缘受潮情况。吸收电荷将对人身构 成威胁
电介质材料发展史
电介质材料发展史
电介质材料的发展历史可以追溯到20世纪初，其发展历程主要经历了以下
几个阶段：
1. 初始阶段：电介质材料的发展始于无机非金属材料，如云母和玻璃等。这些材料在当时被广泛用于制造电容器和其他电子元件。
2. 高介电常数化：随着电子技术的发展，人们开始追求高介电常数化的电介质材料，以提高电容器等电子元件的储能密度。这一阶段出现了许多具有高介电常数的陶瓷材料，如滑石、金红石和钛酸钡等。
3. 新型电介质材料：随着科技的不断进步，人们开始探索新型的电介质材料，以提高电子元件的性能和稳定性。这一阶段出现了许多具有特殊性能的电介质材料，如弛豫铁电陶瓷和压电陶瓷等。
4. 应用拓展：随着电介质材料的不断发展和完善，其应用领域也在不断拓展。如今，电介质材料在通信、能源、军事等领域都有广泛的应用，如高频微波通信、电力能源、雷达和卫星通信等。
总的来说，电介质材料的发展历程是一个不断创新和进步的过程，其发展前景广阔，未来仍将有更多的新型电介质材料涌现出来，为人类的科技进步做出更大的贡献。
多层电介质 介电常数-概述说明以及解释
多层电介质介电常数-概述说明以及解释
1.引言
1.1 概述
概述
多层电介质是一种特殊的电介质结构，它由多个层次的介电材料组成。每个层次的介电材料具有不同的介电常数，通过层层叠加形成了一个整体的电介质结构。多层电介质的研究在材料科学领域具有重要的意义，并在电子器件、光学器件和能源存储等领域得到广泛的应用。
多层电介质的研究始于对单一介电材料的限制和局限性的认识。传统的电介质材料往往具有固定的介电常数，限制了它们在应用中的灵活性和可调性。而多层电介质的出现打破了这一限制，使得介电常数能够根据设计需求进行调节和控制。
在多层电介质中，不同介电材料之间的界面起着关键的作用。这些界面通常会引入电场梯度和电荷积聚现象，从而对电介质的整体性能产生影响。通过精确设计和优化这些界面结构，我们可以实现对多层电介质的介电常数、电流传输和能带结构等性能的调控，从而实现对电子和光子行为的精确控制。
多层电介质在电子器件领域有着广泛的应用。例如，基于多层电介质
的电容器可以实现高容量和高介电常数的要求，从而提高电子器件的性能。此外，多层电介质还可以应用于光学器件中，如光学透镜、光纤通信和光子晶体等领域。另外，多层电介质的特殊结构也为能源存储和传感器等领域的创新提供了新的思路和解决方案。
综上所述，多层电介质作为一种新颖的电介质结构，具有重要的研究价值和应用潜力。通过对多层电介质的深入研究，我们可以探索更多的电子和光子行为，并为电子器件和光学器件的发展提供新的思路和解决方案。因此，本文将对多层电介质的定义、特点和应用进行详细讨论，并探讨其在未来的前景和重要性。
高介电常数电介质
物理意义： 相对介电常数（实部和虚部）随所加电场的频率而变化。
电介质在恒定电场作用下，从建立极化到其稳定 状态，一般来说要经过一定时间；
建立电子位移极化和离子位移极化，到达其稳态 所 需 时 间 约 为 10-16~10-12 秒 在 无 线 电 频 率 （5×1012Hz以下）范围，仍可认为是极短的， 因此这类极化又称为无惯性极化或瞬时位移极化； 这类极化几乎不产生能量损耗；
非铁电体
无相变（目前未发现）
极化主要是空点电荷极化
2.CCTO 陶瓷的介电性能
2001年，Ramirez 和 Subramanian 等人发现 具有类钙钛矿结构的 CaCu3Ti4O12（CCTO） 具有优异的介电性能
介电常数高，可达105以上 介电常数在100K~600K范围
几乎不随温度而变化 工艺简单，空气中一次烧成 无相变发生
高介电陶瓷的介电响应机理
李涛 2012.5.29
一、高介电电介质陶瓷的应用
• 电容器的用途
• （1）能量储存 • （2）调谐、振荡 • （3）滤波旁路
电容器的种类
有机介质电容器
无机介质电容器
电解电容器 可变电容器
云母电容器 玻璃釉电容器 陶瓷电容器
独石电容器
铁电陶瓷电容器
陶瓷电容器
反铁电陶瓷电容器
• Pr的出现使电滞回线不再沿开始的极化曲 线返回原点
串联电介质介电常数 电场强度分布
串联电介质介电常数电场强度分布
电介质？啊，这东西有点神奇。你知道吧，有些物质放在电场里，它们会像被磁铁吸引的铁粉一样，内部的电荷会重新排队，形成一个小小的内部电场。这就是电介质，它们的这种特性被一个叫介电常数的数值来描述。
说到串联电介质，我得提一下电场强度。想象一下，你有一串不同口味的糖果，每个糖果就是一种电介质。当你把这一串糖果放进电场里，你会发现每个糖果里的电场强度都不一样。特别是在糖果和糖果之间的交接处，那里的电场强度变化得特别明显。这就是因为不同糖果（电介质）之间的介电常数不一样导致的。
但等等，事情还没完呢！这个电场强度不是一成不变的，它会随着外部电场的变化而变化。就像你心情好时，看什么都顺眼；心情不好时，连最喜欢的糖果都觉得没味道。电介质和电场之间的关系就是这样，它们相互影响，相互制约。
所以啊，了解串联电介质中电场强度的分布，对我们来说非常重要。这不仅仅是物理学的问题，更是实际应用中的大问题。想想
看，你的手机、电脑里，哪个没有用到电介质？知道了这些，你就能更好地理解和优化这些设备了。
常见物质介电常数汇总
常见物质介电常数汇总
介电常数是描述物质对电场响应程度的物理量，它表示了物质在电场作用下的极化程度。下面是一些常见物质的介电常数：
1.空气：空气的介电常数约为1，这意味着空气对电场的响应相对较弱，几乎不起作用。
2.等离子体：等离子体是一种由离子和电子组成的气体，介电常数非常大，通常大约在1000左右。这使得等离子体非常容易被电场激发。
3.水：水的介电常数约为80，这意味着水对电场的响应较强。这也是水等液体被用作电介质的原因之一
4.玻璃：玻璃是一种常见的非导体材料，其介电常数通常在4～7之间。这使得玻璃成为制造电容器等电子元件的理想材料之一
5.陶瓷：陶瓷材料的介电常数普遍较高，通常在20～100之间。这使得陶瓷在电子元件和绝缘材料中得到广泛应用。
6.金属：金属是一种高导电材料，通常具有较低的介电常数，接近于1、这意味着金属对电场的响应很弱，电场在金属中几乎不产生极化。
7.塑料：塑料是一种常见的绝缘材料，具有较高的介电常数，通常在2～10之间。这使得塑料在电子元件和绝缘材料中得到广泛应用。
8.木材：木材的介电常数较高，通常在2～5之间。这使得木材成为绝缘材料和家具制作的理想选择。
9.石英：石英是一种具有高度晶体结构的无机材料，具有较高的介电常数，通常在4～7之间。石英被广泛用于制造光学器件和电子元件。
10.金刚石：金刚石是一种具有极高硬度的无机材料，其介电常数约
为5、金刚石被广泛应用于光学器件和电子元件制造。
这些是一些常见物质的介电常数。需要注意的是，介电常数受到温度、频率和微观结构等因素的影响，因此在具体应用中可能存在一定的变化。
高分子介电常数模拟
高分子介电常数模拟
高分子介电常数是指高分子材料在电场作用下的电介质常数。电介质常数是衡量材料对电场响应能力的物理量，也是描述材料电性能的重要参数之一。高分子材料是一种由大量重复单元组成的聚合物，具有较高的介电常数，因此在电子学、电力电子学和光电子学等领域有着广泛的应用。
高分子介电常数的模拟是通过计算机模拟方法来预测材料的电介质性能。在模拟过程中，需要考虑高分子材料的结构和组成，以及材料中电子的运动规律。通过分子动力学模拟、量子力学计算等方法，可以得到高分子材料在不同电场下的电介质常数。
高分子材料的介电常数与其分子结构和组成密切相关。在高分子中，分子之间的相互作用力包括范德华力、电荷转移力和极化力等。这些相互作用力决定了高分子材料的电介质性能。例如，在聚合物中引入极性基团可以增加材料的极化程度，从而提高其介电常数。而聚合物链的排列方式、分子量和分子结构等因素也会对介电常数产生影响。
高分子材料的介电常数对材料的电学性能有着重要影响。高分子材料具有较高的介电常数，使其在电容器、绝缘材料和电子器件等领域中得到广泛应用。通过调控高分子材料的介电常数，可以实现对电容器的储能能力、绝缘材料的绝缘性能和电子器件的性能等方面
的优化。
然而，高分子材料的介电常数也存在一些问题。首先，高分子材料的介电常数受到温度和频率的影响较大。随着温度的升高，高分子材料的介电常数会发生变化。此外，高分子材料的介电常数还会随着频率的变化而变化。这些因素需要在模拟过程中进行考虑，以提高模拟结果的准确性。
高分子介电常数的模拟是预测高分子材料电介质性能的重要手段。通过模拟高分子材料的介电常数，可以为材料的设计和应用提供重要参考。然而，目前高分子材料的介电常数模拟仍存在一些挑战，需要进一步加强研究和探索。相信随着科学技术的不断发展，高分子介电常数的模拟方法将逐渐完善，为高分子材料的研究和应用带来更多的机会和挑战。
电介质的介电常数
εr： 相对介电常数
2019/2/7 第一章 电介质的极化、电导和损耗
一、气体电介质的介电常数
任何气体的介电常数均随温度的升高而减 小，随压力的增大而增大，但影响都很小。 因此，标准电容器可用气体介质。
2019/2/7
第一章 电介质的极化、电导和损耗
二、液体电介质的介电常数
1．中性液体电介质
中性液体电介质的介电常数不大，其值在1.8～2.8范 围内。介电常数与温度的关系是与单位体积中分子数与温 度的关系接近一致。
Байду номын сангаас
2019/2/7
第一章 电介质的极化、电导和损耗
几种极性液体的介电常数
2019/2/7
第一章 电介质的极化、电导和损耗
2．介电常数与频率的关系
f
2019/2/7
第一章 电介质的极化、电导和损耗
三、固体电介质的介电常数 1.中性固体电介质
其介电常数较小
2.极性固体电介质
这类介质的介电常数都较大，一般：3-6，还 有更大的。 属于极性固体电介质：树脂、纤维、橡胶、有 机玻璃、聚氯乙烯、涤纶等。
2019/2/7
第一章 电介质的极化、电导和损耗
但这类电介质通常都伴随着一个缺点就是在交变电场中的介质损较大故高压绝缘中很少应用只有蓖麻油和几种合成液体介质在某些场合有应用的
1.2 电介质的介电常数
介电常数：介电常数(ε)、相对介电常数εr、真空介电常数(ε0)
前言知识：
电介质和导体的区别：
电介质是以感应而并非以传导的方式传递电场的作用和影响，在电介质中起到主要作用的束缚电荷，在电场的作用下，它们以正、负电荷重心分离或取向的电极化方式做出响应。
在静电场中，电介质内部可以存在电场，这是电介质与导体的基本区别。
区别绝缘体和导体之间的划分，绝缘体和导体的划分与电介质和导体划分的标准不是一个范畴，绝缘体和导体区分主要是由导电性来区分的，如电阻率的大小区分，区分这两个没有意义；
电介质极化：
电介质极化的微观机理有四种：
1、电子位移极化。在电场作用下，组成介质的原子（或离子）中的电子云发生畸变，从而产生感应电距；
2、离子位移极化。在电场作用下，组成介质的正负离子发生相对位移，从而产生感应电距；
3、取向极化。介质的分子（或原胞）具有固有电距，在外电场作用下，电距沿外场定向排列，从而在介质中产生宏观电距；
4、空间电荷（或面间）极化。在非均匀介质中，空间电荷在外电场作用下发生移动，而在边界区域聚集，从而产生感应电距。
真空介电常数
真空介电常量(绝对介电常数)，又称为真空电容率，或称电常数，是一个常见的电磁学物理常数，符号为ε0。在国际单位制里，真空介电常量的数值为：
ε0=8. 854187817×10-12F/ m（近似值）
其中ε0=1/(4πk)
静电力常量(库仑常数)表示真空中两个电荷量均为1C 的点电荷，它们相距1m时，它们之间的作用力的大小为8.987551×10^9 N 。静电力常量是一个无误差常数，既不是库仑通过扭秤测出来的，也不是后人通过库仑扭秤测出来的，而是通过麦克斯韦的相关理论算出来的，k=8.987551×10^9 N·m^2 /C^2
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3.CCTO 陶瓷的压敏特性
非线性系数a是表征压敏电阻 器压敏性能好坏的重要参数。 2004年S.Chung等人发现 CCTO陶瓷样品在 5～100mA 的 范围内测得的非线性系数a高达 912。 2005年V.P.B.Marques 等人 也报到了CCTO具有优良的压敏 电阻特征。
I KV
三、铁电体BaTiO3的极化机理 • 一般铁电体的晶体结构和成键特点和 电子分布 • BaTiO3 的电子构型 • BaTiO3极化特性的解释 • 对居里点的解释 • 电滞出现的条件 • 外来离子的影响
• BaTiO3晶体结构
• 一般铁电体的晶体 结构：一般为层状 钙钛矿型。 • 铁电体的成键特点 和电子分布：正离 子一般为多层多电 子型，以较弱的离 子键成键。 • Ti-O-Ti以网格状分 布与一层中，Ba 离子单独于一层中。 （见图）
外来离子的影响：
•如在Ba层中引入结构比较复杂 的离子如：La系，由于La系有(n2)f,(n-1)d等能级更低的轨道，故 电滞Pr较大；若在Ti-O-Ti层中引 入La等，则电子不易偏向Ba层， 从而使Pr更小。（图）。
二、CCTO及陶瓷的介电、压敏特性
1. CCTO陶瓷的晶体结构
非铁电体
无相变（目前未发现）
BaTiO3的居里温度：铁电体向顺电体转变的温度。
对居里点得解释：
电子的能量也可以依靠热运动来 获得。一定的温度使得Ba的外层 电子轨道无法再俘获外来的电子， 使得极化不再出现，这一温度叫 居里点。利用经典的方法：
10000
8000
10kHz Heating 10kHz Cooling
6000
'
lg( I 2 I 1 ) lg(V2 V1 )
4.CCTO 巨介电常数及压敏特性的解释机理
IBLC阻挡层模型
极化主要是空点电荷极化
CCTO晶体结构
2.CCTO 陶瓷的介电性能
2001年，Ramirez 和 Subramanian 等人发现 具有类钙钛矿结构的 CaCu3Ti4O12（CCTO） 具有优异的介电性能
介电常数高，可达105以上 介电常数在100K~600K范围 几乎不随温度而变化
离子位移极化
BaTiO3 的电子构型
源自文库
Ba正离子: 1S 2 2S 2 2 P 6 3S 2 3P 6 3d 10 4S 2 4 P 6 4d 10 5S 2 5P 6 2 2 6 2 6 1 S 2 S 2 P 3 S 3 P Ti正离： 1S 2 2S 2 2P 6 O负离子：
BaTiO3极化特性的解释：
• • • • E作用下电子的偏移 Ba离子核外空轨道：4f.5p.5d.6S。能量均较低，可以比 较容易地容纳电子。 Ti-O-Ti层电子的丢失 ：Ba外层电子轨道俘获从Ti-O-Ti 层偏移来电子 电滞（Pr）出现：电子在Ba层中的滞留
•
•
正反电滞的出现：BaTiO3晶体层状对称性， 反向电场(-E)使电子偏向Ti-O-Ti层另一侧 的Ba层，表现为反向的电滞（-Pr）。 Pr的出现使电滞回线不再沿开始的极化曲 线返回原点
二、电介质的介电常数
平行板电容器示意图
无介质
Q0 C0 V
有介质
C Q0 Q' V
r
C C0
A C 0 r d
介电常数：表征电介质极化能力的参数
理想电容器加上交变电压
V V0
回路电流： I
it
= iωC0V
实际情况：
物理意义： 相对介电常数（实部和虚部）随所加电场的频率而变化。
工艺简单，空气中一次烧成 无相变发生
3.优良的压敏特性
（1）.压敏电阻 “压敏电阻是中国大陆的名词，意思是"在一定电流电压范围内电阻值 随电压而变"，或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。相应的英文名称 叫“Voltage Dependent Resistor”
压敏电阻器是一种具有瞬态电 压抑制功能的元件，可以用来代替 瞬态抑制二极管、齐纳二极管和电 容器的组合。压敏电阻器可以对IC 及其它设备的电路进行保护，防止 因静电放电、浪涌及其它瞬态电流 （如雷击等）而造成对它们的损坏。
高介电陶瓷的介电响应机理
李涛 2012.5.29
一、高介电电介质陶瓷的应用
• 电容器的用途
• （1）能量储存 • （2）调谐、振荡 • （3）滤波旁路
有机介质电容器 电容器的种类
云母电容器 玻璃釉电容器 陶瓷电容器 独石电容器
无机介质电容器
电解电容器
可变电容器
铁电陶瓷电容器 陶瓷电容器 （按介质分类） 反铁电陶瓷电容器 非铁电陶瓷电容器 半导体陶瓷电容器 表层陶瓷电容器 晶界层陶瓷电容器
4000 2000
mv2
n 可见 r 越大居里点越高。当然
56e 14e 40 rG 0 rG
2
2
0 150 200 250 300 350 400
这只是一种趋向，不能由此计算 居里点（经典理论不适用于原子 尺寸）。
T(K)
电滞出现的条件： • • • • • 温度在居里点以下 正离子为多质子核，且n/r 足够大 正离子核外有空的且能级比较低的轨道 负离子为非强电负性 晶体结构为对称的层状结构
电介质在恒定电场作用下，从建立极化到其稳定 状态，一般来说要经过一定时间； 建立电子位移极化和离子位移极化，到达其稳态 所 需 时 间 约 为 10-16~10-12 秒 在 无 线 电 频 率 （ 5×1012Hz 以下）范围，仍可认为是极短的， 因此这类极化又称为无惯性极化或瞬时位移极化； 这类极化几乎不产生能量损耗； 偶极子转向极化和空间电荷极化，在电场作用下 则要经过相当长的时间（10-10秒或更长）才能达 到其稳态，所以这类极化称为有惯性极化或驰豫 极化；这种极化损耗能量；