电介质材料
电介质材料
（4）空间电荷极化 在实际的电介质材料中，由于制造工艺和材料的纯
度影响，不可避免地有局部的介质不均匀，如存在夹层或 大量的晶体缺陷。在外电场的作用下，介质中的少量载流 子会发生漂移，它们可能被势阱捕获，也可能在介质不均 匀的夹层处界面上堆积起来而形成空间电荷的积累。这种 介质中由于空间电荷的移动形成的电荷分布即是空间电荷 极化。它的频率响应最慢 102 s 。
电介质是在电场中没有稳定传导电流通过而以 感应的方式对外场做出相应的扰动物质的统称。
电介质的特征是以正、负电荷重心不重合的电极 化方式传递、存储或记录电的作用和影响，但其中起 主要作用的是束缚电荷。
1、静电场中电介质的极化
在电介质材料的分子中，正、负电荷彼此强烈地束缚 着。在弱电场的作用下，虽正电荷沿电场方向移动，负电 荷逆电场方向移动，但它们并不能挣脱彼此的束缚而形成 电流，只能产生微观尺度的相对位移。在电介质内部形成 电偶极矩，而在与外电场垂直的电介质表面上出现了感应 电荷。
3.2 薄膜组分的表征方法
• 分析内容包括测定表面的元素组成，表 面元素的化学态及元素沿表面横向分布 和纵向深度分布等。
•其中的多数方法都是基于原子在受到激 发以后内层电子排布会发生变化并发生 相应的能量转换过程的原理
1、原子内电子激发及相应的能量过程
（a）-基态电子的内 层电子排布 （b）-K层电子空能 级的形成 （c）-特征X射线的 产生 （d）-俄歇电子的产 生
I jw rC0 w rC0tg V
jw r j rtg C0V ,
I jwC0 r V
其中r 定义为复数相对介电常数，简称复介电常数：
r r jrtg r' jr"
r的实部
' r
材料的电介质特性与应用
材料的电介质特性与应用电介质是一种无法导电的材料，其在电场中能够存储能量。
在现代科技的发展过程中，电介质材料的研究与应用变得愈发重要。
本文将从电介质材料的特性以及其在电子设备、能源储存和医疗领域的应用等方面进行探讨。
首先，电介质材料的特性对于其应用至关重要。
电介质材料具有高绝缘性能，能够在电场中存储电荷而不导电，这使得它们在电子设备中有广泛的应用。
例如，电容器是一种常见的电子元件，其中的电介质层能够储存电荷。
通过在电容器中选择不同的电介质材料，可以调节电容器的性能，例如介电常数、功率损耗等。
此外，电介质材料还具有耐高温、耐腐蚀等性能，在特殊环境下的应用潜力巨大。
其次，电介质材料在电子设备中有着广泛的应用。
电子器件中常用的电介质材料包括二氧化硅、聚合物、陶瓷等。
例如，二氧化硅是一种常见的介电材料，可用于集成电路中的隔离层、晶体管和存储器等。
聚合物材料常用于柔性电子器件的制备，其具有可塑性高，适应性强的特点。
此外，陶瓷材料具有高介电常数、低介质损耗等特点，在微波器件等领域有着广泛的应用。
第三，电介质材料在能源储存方面也具有重要地位。
随着可再生能源的发展和电动汽车的普及，电池技术迅速发展。
而电介质材料在电池中起着关键的作用。
例如，锂离子电池是目前最常用的电池之一，其中使用了锂离子导电性好且具有高度稳定性的电介质材料。
通过不断改进电介质材料的性能，使得电池具有更高的储能密度和更长的循环寿命等。
最后，电介质材料在医疗领域的应用也有着广阔的前景。
例如，医用超声检测中使用的超声电容显像技术，其背后的关键就是电介质材料。
通过选择不同的电介质材料，可以调节超声波的传播速度和衰减性能，进而提高显像质量和诊断准确性。
此外，电介质材料还可以在心脏起搏器、神经刺激器等医疗器械中作为绝缘层或隔离层，提供安全保护。
综上所述，电介质材料的特性使其在电子设备、能源储存和医疗领域中具有广泛的应用价值。
在未来的科技发展中，随着对电介质材料性能需求的不断提升，人们将会不断探索新的材料和应用方式，将电介质材料的潜力发挥到极致。
电介质材料
电介质材料电介质材料是指能够阻碍电流通过的材料，其主要特点是具有很高的绝缘性能。
电介质材料广泛应用于电力系统中，如绝缘体、电缆、电容器等。
下面将对电介质材料进行详细介绍。
首先，电介质材料的分类。
根据其形成过程可以分为天然电介质和人工电介质。
天然电介质包括石英、云母、石蜡等，它们的绝缘性能较好，但成本较高。
人工电介质则是通过一些物理或化学方法制备而得，如聚合物、陶瓷、玻璃纤维等。
人工电介质的制备成本相对较低，并且可以根据需要调整其绝缘性能。
其次，电介质材料的性能。
电介质材料的主要性能包括绝缘强度、介电常数、介质损耗和体积电阻率。
绝缘强度是指电介质材料能够承受的最大电场强度，一般通过对材料施加高压来进行测试。
介电常数是指材料在电场中的响应能力，高介电常数的材料能够存储更多的电荷，因此具有较高的电容性能。
介质损耗是指材料在电场中发生能量损耗的能力，一般通过损耗角正切来衡量。
体积电阻率是指单位体积材料的电阻值，高的体积电阻率意味着材料具有较好的绝缘性能。
最后，电介质材料的应用。
电介质材料主要用于电力系统中，如绝缘体、电缆和电容器等。
在绝缘体中，电介质材料被用来隔离电流，防止电流泄漏或发生短路。
在电缆中，电介质材料被用来包裹导体，提供良好的绝缘性能。
在电容器中，电介质材料被用来作为电容介质，存储电荷并提供电容性能。
总结起来，电介质材料是一类具有很高绝缘性能的材料，广泛应用于电力系统中。
电介质材料的分类主要包括天然电介质和人工电介质，其性能主要包括绝缘强度、介电常数、介质损耗和体积电阻率。
电介质材料的应用主要集中在绝缘体、电缆和电容器等领域。
随着科学技术的进步，电介质材料的性能越来越好，对电力系统的可靠性和性能提升起到了重要作用。
电介质的分类及特点
电介质的分类及特点
电介质是一种在电场中不导电的材料，它在电子学、电力系统和电气工程中起着重要的作用。
电介质的分类可以从不同的角度进行，包括材料的性质、化学成分和应用领域等。
首先，从材料的性质来看，电介质可以分为极化性和非极化性两类。
极化性电介质是指在外电场作用下会发生分子极化现象的材料，包括许多常见的物质，如水、玻璃、陶瓷等。
而非极化性电介质则是指在外电场下不会发生分子极化的材料，如聚乙烯、聚四氟乙烯等。
其次，从化学成分来看，电介质可以分为无机电介质和有机电介质两大类。
无机电介质主要是指由无机物质构成的电介质，如氧化铝、二氧化硅等；而有机电介质则是指由有机化合物构成的电介质，如聚乙烯、聚丙烯等。
另外，从应用领域来看，电介质可以分为固体电介质、液体电介质和气体电介质三类。
固体电介质主要应用于电容器、绝缘子等领域；液体电介质主要用于电力设备的绝缘和冷却；气体电介质则主要应用于气体放电保护和绝缘。
电介质的特点包括高绝缘性能、耐电压能力强、化学稳定性好、介电常数大等。
这些特点使得电介质在电子电路、电力系统和电器
设备中具有重要的作用，能够有效地隔离电荷、传递电能和保护设
备安全运行。
总的来说，电介质的分类及特点涉及到材料性质、化学成分和
应用领域等多个方面，不同的分类方法可以帮助我们更好地理解电
介质的特性和应用。
第四章-1 电介质材料 (基础知识)
6）自发式极化
某些晶体具有特殊的结构，其晶胞自身的正负电荷重心不重合，即晶胞具有极性。
由于晶体结构的周期性和重复性，当某一晶胞在某一方向出现偶极矩时，将逐
级影响到相邻的晶胞，使它们的固有偶极矩朝向相同的方向。由于这种局部极
化状态是在外电场为零时自发建立的，称为自发极化。
电畴
具有相同极化方向的自发极化区域，称为电畴。没有外电场时，电畴空间取向平
U
S d
Q'
r - 1 0 E
P n 0Ee
εr
Q0 Q ' Q' 1 Q0 Q0
Q0 U
n 0Ee r 1 0E
提高电介质的介电常数：
提高单位体积内的极化粒子数n0； 选取极化率 大的粒子组成电介质； 增强作用于极化粒子上的有效电场Ee。
电子位移极化率与温度无关：温度的高低不足以改变原子或离子的半径。
电子位移极化建立的时间很短，约在10-14 ~ 10-16 s范围；如果所加电场为交变
电场，即使电场频率高达光频，电子位移极化也来得及响应。
电子位移极化存在于一切介质中。
实验测量得到的 α e 值并不严格等于
3 40 r 3 ，不同原子和离子 αe / 40 r
D D0 cost
介质的位移电流密度：
j
dD -D0 sin t D0 cos( t ) dt 2
单位时间内单位体积消耗的能量：
W 2
2
0
j Edt D0 E0 2
2
2
sint cos tdt
0
0
交变电场频率很低时，介质中没有极化损耗。
电介质定义
电介质定义
电介质是指纯净的电磁介质，它是一种无负载的介质，能够传输及把振动电路当中的
信号和能量传递出去。
它是一种物质，可以用来作为电路中信号和能量之间的传导介质。
由于它本身不发出热量，因而又称为热导体。
电介质有很多种类，例如空气、电缆、半导体材料等等。
空气：是一种最普遍的电介质，可用于传输电流、发出电磁波以及抗反射功能。
电缆: 电缆中的介质有铜导体、绝缘材料和填充材料，而其导体主要由铜、金属或其
他金属材料制成，用于传输电流或电信号。
半导体：半导体材料包括硅、碳、锗等，可以把电子能量传输到固体电源，起到信号
传递或命令传递的作用。
石英：石英是一种电介质，具有绝佳的热稳定性和低损耗的星型电介质，可作为电缆、谐振器及高精密设备的介质材料。
塑料：塑料也可作为电气介质，广泛应用于电气行业，如冷却剂、电缆材料、电机壳
体等。
电介质有着许多重要特性，如介电常数、电导率、击穿电压和电容量等，这些电学性
质决定了它们的电磁辐射性能和电磁干扰对电路的影响。
因此，选择电介质非常重要，以
确保电路的安全性和可靠性。
《电介质材料》课件
电介质材料是电子工程领域中的重要组成部分，他们在各种电子设备和应用 中发挥着关键作用。本课件将介绍电介质的基础知识，分类和性能，应用场 景，加工工艺以及未来的发展趋势。
电介质的基础知识
了解电介质的重要性和作用，掌握电介质的基本概念和特性。
1 电介质是什么？
电介质是材料中不带自由电荷的绝缘体。
研发可回收和环保的电介质材料，降低对环境的影响。
结语
电介质材料是现代电子工程中不可或缺的一部分，在各种电子设备和应用中 发挥着重要的作用。希望本课件对您有所帮助，谢谢！
对加工后的电介质材料进行性能测试，确 保产品质量符合要求。
电介质材料的未来发展趋势
展望未来，电介质材料将继续发展和创新，满足不断增长的电子设备需求。
高性能纳米材料
纳米电介质材料的研究和应用将推动电子设备性能的飞跃的电介质材料将开启新一代电子元件的时代。
可回收与环保
医疗设备
电介质应用于医疗成像、激光治疗 和心脏起搏器等高精度设备中。
电介质材料的加工工艺
了解电介质材料的加工过程和技术，以及相关的工艺要点和注意事项。
1
材料选择和预处理
选择适合的电介质材料，并进行清洁和表
成型和加工
2
面处理。
采用模塑、注塑、烧结等技术对电介质材
料进行成型和加工。
3
性能测试和质量控制
性能指标
介电常数、损耗因子、介电强度 等是评估电介质性能的关键参数。
电介质的应用场景
电介质材料广泛应用于各个领域的电子设备中，提升了电子产品的性能和可靠性。
智能手机
电介质用于电池、屏幕、电容器等 部件，实现了更高的能效和更好的 用户体验。
电力系统
介电材料
EXIT
介电材料
§2.1 介电材料
一、介电材料的特征值 4. 动态介电常数ε0 电介质分子的极化需要一定的时间，完成极化的时间 叫弛豫时间τ，其倒数称弛豫频率f,电子极化的f约1015Hz, 相当于紫外频率，原子(离子)极化的f约1012Hz, 处于红外 区，取向极化的 f 在 100～1010Hz之间，处于射频和微波 区。
EXIT
介电材料
§2.1 介电材料
一、介电材料的特征值
3. 静态介电常数ε
静态介电常数 E 和极化强度 P 的关系为:
0
P E
式中 ε0－－真空的介电常数；
E －－电场强度。
从式中可以看出，介质的极化强度 P 越大，ε也越大。方
便起见常用相对静态介电常数εr=ε/ε0，而把ε称为绝 对介电常数。
ε“ －－复介电常数虚部。
EXIT
介电材料
§2.1 介电材料
一、介电材料的特征值 6. 电导率σ 一般电介质或多或少有些电导率，其来源为漏电电导 率和位移电导率。 7. 击穿电压 U 电介质承受的电压超过一定值后，就丧失了电介质的绝 缘性，这个电压叫做击穿电压。
EXIT
介电材料
§2.1 介电材料
介电材料
介电材料
介电材料又叫电介质，是以电极化为特征的材料。 电极化是在电场作用下分子中正负电荷中心发生相对位 移而产生电偶极矩的现象。
EXIT
介电材料
§2.1 介电材料
一、介电材料的特征值 1. 分子极化率α
在电场作用下，介电材料的分子产生电偶极矩μ，而
μ = αE
式中 α－－分子极化率。 分子极化率一般由电子极化率αe、原子(离子)极化率αa 和取向极化率αo三部分构成：
电介质的概念
电介质的概念电介质是指具有一定电阻率的物质，在电场中受到极化而产生电荷，但电荷的产生和导电性能都比较差。
以下是电介质的相关概念和特性的详细介绍：一、电介质的定义电介质是指在电场中能够产生电极化现象，但不能通过自身导电的物质。
它是导体和绝缘体之间的一种特殊材料，具有一定的电阻性质，可以通过材料将电能转化成其他形式的能量。
二、电介质的分类1. 按材料分类电介质可以根据材料的不同，分为有机电介质和无机电介质两类。
有机电介质包括纸质、塑料、橡胶等，而无机电介质则包括陶瓷、玻璃、氧化物等。
2. 按电极化特性分类电介质可以根据其在电场中的电极化特性分为自然电介质和极化电介质两类。
自然电介质，如大气、水、岩石等，不具有电导性，电极化主要是由于材料自身分子的结构和构成导致的。
极化电介质，如电容器、电缆绝缘体等，是由于材料被电场强烈极化而产生的电荷。
三、电介质的特性1. 阻抗性能：电介质的阻抗特性可以降低场强，在电路中可以起到隔离和电容的作用。
2. 介电强度：介电强度是指在给定的电场强度下，电介质能够承受的最大电压。
3. 极化：电介质在电场中会发生电极化现象，分为取向极化、旋转极化和离子极化三种。
4. 稳定性：电介质在不同温度和湿度下都要具有一定的稳定性，以保障其使用寿命和性能。
四、应用范围电介质广泛应用于电力系统、通讯系统和电子系统中，用于隔离和电容。
例如电缆绝缘体、变压器油、高分子绝缘材料等都是电介质的应用范畴。
此外，电介质还可以应用于电容器、电势器、电感电路等电子元器件中。
总之，电介质对于电气能量的转化和传输具有非常重要的作用，是现代电子技术发展的重要基础之一。
第九章-电介质材料
电荷，它们束缚住板上一部分电荷，抵消（中和）了
这部分电荷的作用，在同一电压下，增加了电容量。
结果：材料越易极化，材料表面感应异性电荷越多，
束缚电荷也越多，电容量越大，相应电容器的尺寸 可
减小。
18
常用电介质材料的相对介电常数
真空
空气
石蜡
玻璃
石英
乙醇
水
1.00000
例如，CO2 H2 N2 O2 He
②有极分子（Polar molecule）
在无外场作用下存在固有电矩
例如，H2O Hcl CO SO2
因无序排列对外不呈现电性。
5
二、极化的微观机制
（1）无极分子： 正负电荷重心重合， u分子 0
位移极化
E0
+
-
感应偶极矩
例如， He、H2、
N2、 CO2 、CH4等。
11
(5). 空间电荷极化
在不均匀介质中，如介质中存在晶界、相界、
晶格畸变、杂质、气泡等缺陷区，都可成为自由电
子运动的障碍；
在电场作用下，在障碍处，自由电子积聚，原先
混乱排布的正、负自由电荷分别向负、正极运动，使
得正极积聚较多的负电荷，负极附近积聚较多的正电
荷，从而出现电偶极矩，形成空间电荷极化，一般为
αi
➢ 离子位移极化：T 升高，离子间距膨胀，极化率增加；
➢ 偶极子取向极化、离子松弛极化：温度升高，抗取向
性增强，极化率下降；
➢ 自发极化：与相变和晶体结构等因素有关。
32
电介质的介质损耗
在静电场下测得的介电常数称为静态介电常数（εs）。
.电介质材料
2. 电容器纸的浸渍
图中，Cc、Cg分别为由纤维素及气隙极化形成的电容量； x为气 隙在纸中所占的体积分数。由此可根据串联等效电路表示出浸渍 液体介质后纸的总介电常数： f f
pl
1 x x f 1 f 1 x 1 1
§ 6.1.3 电解电容器介质
其次．作为电极的金属，因在电解槽中形成的氧化膜具有单 向导电性，故被称为“阀金属”，如铝、钽、铌等。阀金属在电 解过程中乃至在工作时接正极，为元件的阳极。为了使电容量值 进一步加大，常将阀金属活化——进行腐蚀。
第三．电解电容器的另一电极为与氧化膜相接触的电解质 （一般为液体或半液体）称为阴极。因为电解质与氧化膜能良好 接触，从而具有较高的击穿电场强度。此时再用另一金属与电解 质接触作为引出端，该引出金属起“集电极”的作用。 由于氧化膜结构具有不完整性，表面上存在疵点、裂纹和空洞， 从而使漏电流较大（可达 1mA 以上），绝缘电阻较低 ( 可低于 1MΩ) 。 又因为电解质或半导体阴极电阻值较高，从而使电容的总损耗角正切 值偏高，并具有 tanδ值的频率、温度不稳定性，且老化特性较差。 上述不足之处，在钽电解电容器中得到明显改善。
超级电容器结构框图
§ 6-1 电容器介质材料
于是，从传统静电电容器到电解电容器再 发展到超大容量电化学离子电容器，其中的电 极化或电荷迁移载体，发生了从纯电介质到阀 金属氧化物，再到具有离子输运特点的电介质 的变化。
§ 6-1 电容器介质材料
电容器的电介质材料主要有四个方面要求： 第一，为达到高比容量的目的，应采用介电常数ε值尽 可能高的材料。 第二，为了保证电容器具有纯容抗，即避免因极化过程 造成能量损耗，导致产生热量，要求具有尽可能低的损 耗角正切值，特别要求在高工频率或脉冲条件使用时， tanδ值低。 第三，电容器电介质还应具有高的绝缘电阻值，并保证 电阻值在不同频率与温度条件下尽可能稳定，避免因为 杂质的分解和材料的老化引起绝缘电阻值下降。 第四，要求电介质具有高的击穿电场强度。
半导体和电介质
半导体和电介质
半导体和电介质都属于电子材料的范畴，但它们的性质和应用有所不同。
半导体是介于导体和绝缘体之间的一种材料，具有介电常数介于导体和绝缘体之间的特性。
半导体材料主要分为元素半导体和化合物半导体两种类型。
元素半导体如硅和锗，具有优异的电学性能和光电性能，广泛应用于电子器件和集成电路等领域；化合物半导体如镓砷化物和磷化铟等，具有更高的电子迁移率和更低的功耗，适用于高频、高速和低功耗的电子器件。
电介质是一种介电常数非常高的材料，具有极低的导电性能。
电介质材料主要用于隔离和支撑电子器件，防止电路中电流的漏电和电磁干扰。
常用的电介质材料包括氧化铝、二氧化硅和聚酰亚胺等。
总之，半导体和电介质都是电子材料的重要组成部分，它们的性质和应用在电子器件和电路中有着广泛的应用。
电介质材料
电子位移极化率与温度无关：温度的高低不足以改变原子或离子的半径。 电子位移极化建立的时间很短，约在10-14 ~ 10-16 s范围；如果所加电场为交变
电场，即使电场频率高达光频，电子位移极化也来得及响应。 电子位移极化存在于一切介质中。
2）离子位移极化
μ +
+
-μ
+ +
偶极矩矢量和为零；
电介质材料
9-1 电介质物理基础知识
9-1-1 电介质及其极化 9-1-2 电介质的介质损耗 9-1-3 电介质的电导和击穿 9-1-4 电介质材料的非电性能
电介质材料的四个基本参数： 介电常数（ε）、损耗角正切（tanδ）、电导率（ ）、抗电强度（ Ep ）
9-1-1 电介质及其极化
1. 电介质的定义：电介质是指在电场作用下能产生极化的一类物质
电子云 -q
+q
原子核
E0 0
E0
电子位移极化模型图
电子位移极化产生的感应偶极矩： μe αe Ee
αe 为电子极化率：
（电子位移极化率的数量级为10-40 F.m2）
电子极化率与原子半径的立方成正比，电子轨道半径 r 越大，电子离原子核 越远，与原子核之间的吸引力越弱，越容易发生极化。
晶体: 160~4500 陶瓷: 1700
聚乙烯 聚四氟乙烯 聚氯乙烯 环氧树脂 天然橡胶 酚醛树脂
2.26
2.11
4.55
3.6~4.1
2.6~2.9
5.1~8.6
2.2 电介质极化的类型 电子位移极化、离子位移极化、 偶极子转向极化、离子松弛极化、空间电荷极化、自发极化
1）电子位移极化 电介质中的原子、分子和离子等任何粒子，在电场的作用下，粒子中的 电子云相对于原子核发生位移，而感生一个沿电场方向的感应偶极矩。
电介质材料-压电热释电铁电介质材料
逆压电效应则与正压电效应相反，当材料在电场的作用下 发生电极化时，则会产生应变，其应变值与所加电场的强 度成正比，其符号取决于电场的方向。
有正压电效应的晶体必然有逆压电效应，正压电常数数与 逆压电常数必然相等，且一一对应。
10
极化面
能量的转换
F
Q
逆压电效应
机械能 压电介质 电能
正压电效应
② 热释电效应：具有自发极化，晶体可以因温度变 化而引起晶体表面电荷，这一现象称为热释电效 应
③ 铁电效应：具有自发极化，且自发极化方向能随 外场改变。它们最显著的特征，宏观的表现就是 具有电滞回线。
热释电效应与铁电效应的区别
两种晶体均存在自发极化。当晶体温度改变时，自
发极化偶极矩发生变化，即热释电效应；
1880 年，法国物理学家居里兄弟发现石英具有压电性：当重物放
在石英晶体上，晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力成比例。 他
们所报导的这些晶体中就有后来广为研究的罗息盐(酒石酸钾钠－
NaKC4H4O6．4H2O)。
13
1881年 李普曼(G. Lippman)根据能量守恒和电荷量守恒的原理， 推测逆压电效应(Converse piezoelectric effect) 的存在，这一 预言很快就被居里兄弟用实验所证实。
1916年 朗之万(Langevin)用压电石英晶体作成水下发射和接收 换能器，这是最早的压电换能器，并用于探测水下的物体。
1917年 美国贝尔（Bell）实验室的A.M. Nicolson制成压电拾 音器和扬声器，并在1918年取得压电晶体管振荡器的专利。
1918 年 卡迪（Cady）研究了罗息盐晶体在机械谐振频率特有 的电性能。
第九章 电介质材料
电介质材料及其在高频电子技术中的应用研究
电介质材料及其在高频电子技术中的应用研究随着科技的不断发展，电子技术的应用越来越广泛、更加复杂。
在高频电子技术中，电介质材料的应用广泛，这些材料在通信、雷达、计算机和无线电等方面发挥着重要作用。
本文旨在介绍电介质材料的种类和特性，以及在高频电子技术中的相关应用研究。
一、电介质材料的种类及特性电介质是指一类无法导电的材料，具有高强度和低介电常数。
电介质材料的种类很多，常见的包括瓷器、陶瓷、玻璃、树脂、聚乙烯、聚氨酯、PTFE等。
这些材料的特性如下：1. 介电常数介电常数是指材料在电场下的相对介电性。
电介质材料的介电常数低，是因为它们中的电荷能够分布并维持各自的位置，而不会流动。
2. 损耗损耗是指电磁波通过材料时会损失能量。
电介质材料的损耗通常较低，使其在高频应用中非常受欢迎。
3. 抗电击穿电击穿是指电场强度超过材料的破裂电场强度时，导致材料中产生介电击穿，并使其导电。
电介质材料的特殊构造使其拥有很高的抗电击穿性能。
二、电介质材料的应用研究1. 电容器电容器是一种储存电能的装置，由两个导体之间的电介质隔开。
电容器的介质材料通常是瓷器或高分子材料。
电容器可应用于许多高频电子设备中，如调频电视机、无线电传输等。
2. 滤波器滤波器用于滤除杂波和不需要的信号。
电介质材料的低损耗和高频特性使其可作为滤波器中非常重要的组成部分。
3. 反射器反射器是通过反射电磁波而进行的高频电子系统组件。
电介质材料的抗电击穿和高介电常数使其成为反射器中的理想介质材料。
4. 天线天线的作用是将电能转换为电磁波或将电磁波转换为电能。
电介质材料的高频特性和机械强度使其成为天线中的优质材料。
5. 晶振晶振是将机械振动通过晶体的振动来产生电磁波进行的振荡器。
电介质材料的高品质因数、稳定性和低损耗等特性使其成为晶振的绝佳材料。
三、总结电介质材料是高频电子技术中非常重要的材料之一。
这些材料具有低介电常数、高机械强度和抗电击穿等特性，使其在电容器、滤波器、晶振、反射器和天线等应用中得到广泛使用。
第六章电介质材料
烧结型液体
箔形卷绕固体
固体钽电解电容器的制备
由钽粉压块烧结得到的烧结体、烧结体表面形成的钽氧化膜、固体电 解质和固体电解质上的导电层构成。
1. 制备具有合适孔隙的多孔钽烧结块 2. 在多孔钽烧结块表面生长一层作为电介质的氧化膜
3. 第二电极，高温热分解覆盖MnO2固体电解质 4. 集电极，涂石墨喷金
9
1. 箔式铝电解电容器氧化膜介质
“形成”的概念
膜的结构和特性与阀金属和电解液的组合及形成条件有关
铝相应的两类电解液
不溶解阀金属及其氧化物膜的，如硼酸、硼砂、柠檬酸等，生成氧化物膜的主 要成分；
不溶解阀金属但能很好溶解其氧化物膜的，如硫酸、草酸、磷酸等，用于生成 电介质的预形成，缩短形成时间，提高效率。
种类：BaTiO3, SrTiO3和反铁电体
BaTiO3铁电体，具有钙钛矿型结构 SrTiO3常温下为顺电体结构，在直流电场下不产生ε的跌落，在较高
的直流电场下tanδ值不增加，理想的中、高压高介陶瓷
反铁电体
电畴中的离子沿相反方向发生自发式位移，每个电畴中存在两个相反方 向的自发极化强度；
② 机电耦合系数 反映压电材料机械能与电能间的耦合关系，无量纲 定义为：k2=正压电效应转化的电能/输入总机械能 或k2=逆压电效应转化的机械能/输入总电能
④ 机械品质因素Qm Qm＝每一周期振子谐振时储存的机械能/同周期振子消耗机械能
④ 频率系数N N=f0L，与材料性质相关
27
6.3.2 典型压电材料及应用
31
6.3.4 热释电材料及其应用
热释电单晶LiNbO3、LiTiO3、（Ba，Sr)Nb2O6 热释电材料 热释电陶瓷，PZT，PLZT 热释电材料的应用
电介质材料的制备和应用
电介质材料的制备和应用电介质材料是一种常见的材料，它可以用于许多电子设备和电路中，例如电容器、电缆、变压器等。
电介质材料的制备和应用涉及到许多科学和工业领域，本文将从材料的性质、制备方法和应用方面进行探讨。
一、电介质材料的性质电介质材料的主要特点是它具有较高的绝缘性和耐电场强度。
由于其绝缘性能优异，能够有效地阻止电流流过它们，从而避免电器件出现失效和降低泄漏电流的级别。
同时，电介质材料还能够承受一定的电场强度，因此它们能够应用于高电压和高频率方面的电路。
除此之外，电介质材料还有许多其他的性质。
例如，电介质材料的介电常数和电阻率等物理性质，对于电容器和电缆的性能有着非常重要的影响。
此外，电介质材料的化学和机械性能也十分重要，因为它们需要承受各种不同的环境和应力。
二、电介质材料的制备方法在现代科技中，电介质材料的制备方法非常多样化，其主要涉及到材料的合成、加工和改性等方面。
以下是一些常见的制备方法：1. 化学制备法化学制备法是制备电介质材料最常用的方法之一。
它通常涉及到化学反应和溶液化学等方面，以便创造出独特的材料组合和优异的性质。
除此之外，化学制备法还可以用来改善材料的稳定性和加工性能。
2. 机械加工法机械加工法是一种通过物理剪切和压缩等手段，来改变电介质材料结构和形态的方法。
它包括挤压、拉伸、模压、压印、粉末压制等方法，这些方法可以使电介质材料具有不同的形状和性能。
3. 熔体制备法熔体制备法是一种将材料加热至熔点或高于熔点，并用一定的方式进行搅拌和混合以制备电介质材料的方法，其优点在于制备速度快，材料结晶性能好，且能制备出大块的材料。
4. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种在高温和高真空条件下，利用气体反应在基材表面生成材料的方法。
采用化学气相沉积法制备的电介质材料具有非常纯净和精细的结构，同时还能控制其厚度和成分。
三、电介质材料的应用电介质材料的应用非常广泛，以下是一些常见的应用：1. 电容器和电感器电介质材料在电容器和电感器中发挥着重要的作用。
电介质 与 吸波材料
电介质与吸波材料电介质制作方法：1. 材料准备：选择合适的聚合物，如聚苯乙烯、聚乙烯等，作为电介质材料。
准备一定量的填充材料，如纳米粒子、纤维素等，用于增强电介质的性能。
2. 材料混合：将聚合物和填充材料按照一定比例混合，确保填充材料均匀分散在聚合物基质中。
3. 加热熔融：将混合后的材料加热至熔融状态，使其变为流动性较高的糊状物质。
4. 注塑成型：将熔融的材料注射至预先设计好的模具中，通过合适的工艺参数控制，使其形成所需的电介质形状。
5. 冷却固化：将注塑成型的电介质材料置于冷却装置中，使其迅速冷却并固化，以获取所需的电介质形态。
6. 后处理：根据需要，进行表面处理，如磨光、抛光等，以获得光滑的表面，并增强电介质材料的绝缘性能。
吸波材料制作方法：1. 材料选择：选择适用于吸波的材料，如石墨烯、聚合物泡沫、石蜡等。
这些材料具有较低的电导率和磁导率，并能有效吸收电磁波能量。
2. 材料加工：将选定的吸波材料进行加工，常见的加工方法包括压制、染色、涂覆等，以获得所需的吸波材料形态。
3. 结构设计：根据吸波要求，设计合适的吸波结构，如平板、棱柱、球型等。
4. 材料表面处理：对吸波材料的表面进行处理，如增加粗糙度、涂覆吸波层等，以提高吸波性能。
5. 性能测试：使用合适的测试设备，对吸波材料进行性能测试，如吸波性能测试、频率响应测试等，以验证吸波材料的效果。
6. 优化改进：根据测试结果，不断优化吸波材料的制作方法和结构设计，以提高吸波性能和适应性。
以上是一份制作电介质和吸波材料的方法，供参考。
具体操作步骤和材料选择可以根据需要进行调整和优化。
电介质名词解释
电介质名词解释
电介质是指那些不能自由导电的材料，也是电路中的一种基本元件。
与导体相比，电介质的电阻较大，可以在电场中存储能量，因而广泛应用于电子、电信、电力等领域。
常见的电介质材料包括玻璃、橡胶、塑料、陶瓷、石英、石墨、木材等。
这些材料的电介质性质不同，有的可以承受高电场强度，有的具有较低的介电损失，有的可以承受高温、高压等特殊环境。
在电路中，电介质可以用于电容器、绝缘体、隔离器、电感等元件中。
电容器是利用电介质的极化性质来存储电荷和电能的器件，常见的电容器有电解电容器、陶瓷电容器、聚酯电容器等。
绝缘体则用于隔离电路中的导体，防止电流泄漏或干扰，常见的绝缘材料有绝缘漆、尼龙、聚四氟乙烯等。
隔离器则用于将不同电位的导体隔离开来，常见的隔离器有变压器、光隔离器等。
电感则是通过在电路中使用线圈来存储电磁能量，常见的电感材料有铁氧体、陶瓷、聚酰亚胺等。
总之，电介质在电路中有着广泛的应用，通过选择合适的电介质材料可以满足不同电路的需求。
电介质的性质和分类
电介质的性质和分类电介质是一种非导电物质，在电场中具有较高的电阻和介电常数。
它们常被用作绝缘材料，以保护电子设备免受电击和电磁干扰。
本文将讨论电介质的性质和分类，以增加读者对此类材料的了解。
1. 电介质的性质电介质具有以下几个性质。
1.1 电阻性质电介质的电阻通常比金属和导体要高。
它们在电场中体现出一定的绝缘能力。
1.2 介电常数介电常数是电介质的特有性质，它表述了电介质能够承受的电场强度。
介电常数越高，电介质的绝缘性能越好。
1.3 介电强度介电强度是表示电介质在电场中能承受的最高电场强度。
一般来说，介电强度越高，电介质的绝缘能力就越强。
1.4 易燃性一些电介质可能在高温下易燃，尤其是那些由有机物质构成的电介质。
2. 电介质的分类电介质可根据其用途和性质，分为多种不同类型。
下面是一些常见的电介质分类。
2.1 有机电介质有机电介质主要由有机化合物制成。
它们可以用于冷却、隔热和电绝缘等领域。
这些电介质被广泛应用于电容器、变压器、电线和电缆等电子设备中。
2.2 无机电介质无机电介质主要由氧化铝、氧化石墨、氧化硅等氧化物制成。
它们具有较高的介电常数和介电强度，主要用于高电压电力设备中。
在电力输配电、静电消除、照明系统、工业加热等领域都有应用。
2.3 复合电介质复合电介质是将两种或更多种电介质组合起来，形成新材料的一种方式。
这些新材料通常具有更好的绝缘性能和机械强度。
它们可用于电力和电子设备，以及其他高温、高压和有特殊要求的应用中。
2.4 填料电介质填料电介质是一种由介质和填充物组成的材料。
其中，填充物通常采用纤维、陶瓷、金属等材料。
这种电介质被广泛使用于电力电子设备、电容器和避雷器等领域。
3. 结论电介质是一种重要的物质类别，它们在人们的日常生活、工业生产和科学研究中扮演着重要的角色。
了解电介质的性质和分类，有助于我们更好地了解这些材料的应用和优点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
由上两式可得： P r 10E
由此可见，极化强度 P与外加电场强度 E有关，与电介质
材料本身的性能 也 有r 关。
16
（1）电子极化
由于一切电介质材料均由分子、原子或离子组成的。
而它们又都是由原子核及核外电子云组成。当外加电场
时，电子云相对于原子核发生位移，因为产生感应电矩。
最简单的模型是图（a)所示的氢原子的电子极化。无外
荷量增至 Q
Q Q0
C C0
r
的 r ：正介数质，的恒相大对于介1。电常反 数r映。了在电静介电质场材条料件在下电，场它中是极个化无的量特纲性。
15
束缚电荷的面密度即为极化强度P
PQ A Q 0 r
1Q 0
A
其中 Q 为0 自由电荷面密度，有:
A
Q0C0V0
AA
AA dV0V d0E
其中 为0 真空介电常数（在SI单位制中， 0 8.85）1012F/m
18
（3）偶极极化 有些电介质分子是由极性较强的离子键构成的，
称极性电介质。每个分子本身就具有一定的电偶极矩， 如图（c）所示，原来这些电偶极矩的排列杂乱无章， 宏观看来不是极性。当存在外电场时，电介质内固有的 电偶极矩转向外电场方向，偶极极化也叫做转向极化。 它的响应速度较慢，一般在1 0 8 s 左右。
评价微波介电陶瓷的主要技术参数是介电常
数 ，r 品质因数Q和频率温度系数TCF。
10
频率温度系数TCF:
TCF
1 2
T
T 为介电常数 的r 温度系数； 为热膨胀系数。
用于微波频段的介质一般要满足如下4个要 求：
（1）高介电常数 （2）低介质损耗（高Q） （3）温度膨胀系数小 （4）低频率温度系数TCF
3
第一章 简 介
电介质材料是指电阻率大于1010cm 的材料，是相对于金属材料和半导体材料 而区分的。
金属材料 ：共有化电子 半导体材料：载流子 电介质材料：束缚电荷
4
一、电介质材料的分类及应用
电介质材料的分类
绝缘材料：电阻率很高，能承受很强的电场，不 易被击穿。主要是高分子电介质和无碱玻璃。
19
（4）空间电荷极化 在实际的电介质材料中，由于制造工艺和材料的纯
度影响，不可避免地有局部的介质不均匀，如存在夹层或 大量的晶体缺陷。在外电场的作用下，介质中的少量载流 子会发生漂移，它们可能被势阱捕获，也可能在介质不均 匀的夹层处界面上堆积起来而形成空间电荷的积累。这种 介质中由于空间电荷的移动形成的电荷分布即是空间电荷
电容器材料
6
电
介电材料
介
质 材
压电材料
料
电介质材料
电介质 功能材料
的
应
用
液晶
电介质 结构材料
7
介电材料的应用
1、温度补偿电容器
主要用于高频振荡电路中作为补偿电容 介质，在性能上要求具有稳定的电容温度 系数和低的介质损耗。
8
2、热稳定型电容器陶瓷材料
（1）高频热稳定电容器陶瓷
其主要特点是介电常数的温度系数的绝对值很小， 有的甚至接近于零。
12
二、电介质的一般特性
电介质是在电场中没有稳定传导电流通过而以 感应的方式对外场做出相应的扰动物质的统称。
电介质的特征是以正、负电荷重心不重合的电极 化方式传递、存储或记录电的作用和影响，但其中起 主要作用的是束缚电荷。
13
1、静电场中电介质的极化 在电介质材料的分子中，正、负电荷彼此强烈地束缚
（2）高介电常数电容器（新型电容器陶瓷材料）
分为：高温烧结型（1300℃以上）、中温烧结型 （1000—125℃0 ）、低温烧结型（低于900℃ ）
9
（3）微波介电陶瓷
微波频段( 108 10)11 Hz
微波介电陶瓷主要用于用作谐振器、滤波器、 介质天线、介质导波回路等微波元器件。可用 于移动通讯、卫星通讯和军用雷达等方面。
电场时，正、负电荷重心重合；当施加电场后，电子云
与核产生相对位移。电子极化的频率响应极快，外加电
场后经
即能1产0生14 极1化01。5 s
17
（2）离子极化 由异号离子组成的晶体，如Nacl，在外电场作
用下，正、负离子均发生位移，见图（b），以一 维排列的正、负离子原来间隔均等，加了外电场后， 正、负离子的相对距离发生变化，产生了偶极矩。 离子极化的频率响应速度比电子极化略慢，约 为 10 12 1。0 13 s
电介质材料
Dielectric material
报告人：涂雅婷 导 师: 邱晓燕 副教授
1
整体概述
概况一
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
概况二
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
概况三
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
2
内容
. 电介质介绍（重点） . 薄膜的制备工艺（重点） . 常规薄膜性能表征方法（难点）
极化。它的频率响应最慢 1 0 2 s 。
离子极化 电子极化
位移极化
偶极极化 空间电荷极化
弛豫极化
20
2、在交变电场中的电介质
产如生图的（电a流）为所I示 j，wC在0V0e真jwt，空其电相容位器图C 见0 二（端b加）上。交若流在电电压容V器中V充0e以jwt
电介质（图（c））。可作起等效电路（图（d）），其中 C 为 纯电容，G 为等效电导，相位图见（e）。这时总电流为：
11
微波陶瓷材料的研究进展：
1）新材料系统相图的研究，晶体结构和微波介电性 能的关系的研究，化合物形成的机理及动力学研究 2）材料掺杂改性技术的研究 3）材料制备工艺技术的研究 4）低烧材料的开发研究 5）工程化生产技术研究 6）器件结构的设计、性能的优化及测试技术的研究 7）器件多层片式化的技术
着。在弱电场的作用下，虽正电荷沿电场方向移动，负电 荷逆电场方向移动，但它们并不能挣脱彼此的束缚而形成 电流，只能产生微观尺度的相对位移。在电介质内部形成 电偶极矩，而在与外电场垂直的电介质表面上出现了感应 电荷。
14
极板面积：A
极板间距：d
接上电源，板间
电压为V ，极板 上的电荷为 Q 0
插入电介质材料 后，极板上的电
电容器材料：主要是陶瓷材料，包括两种，一种 是具有严格温度系数的高频稳定型陶瓷，一种是 介电系数特别大的铁电陶瓷。
压电材料：是具有能使机械能和电能相互转换的 材料。在实际应用中，主要的压电材料是压电陶 瓷，广泛用于情感元件、电声器件等方面。
5
分类示意图
A
绝缘材料D
铁电材料