介电性能

电介质还可用于传感器、光学、声学、红外探 测等领域—电介质的三种特殊性质，即压电性 、热释电性、铁电性。
正压电效应实验
1880年，Piere 兄弟实验发现 ，对α-石英单 晶体在一定方 向上加力，则 在力的垂直方 向出现正负束 缚电荷—压电 效应。
具有压电效应 的物体—压电 体。
正压电效应：是机械能转换成电能的过程
如，电致伸缩陶瓷ＰＺＮ（锌铌酸铅陶瓷）
对于一般电介质，电致伸缩效应所产生的应变 实在太小，可以忽略．
压电性产生的原因
石英晶体的化学组成是SiO2，3个Si原子和6个O原 子位于晶包的格点上。Si4+ ， O2-。
当材料受到压缩应力的 作用时，A面Si4+挤入两 个O2-间， B面O2- 挤入 两个Si4+间。因此，A面 出现负电荷，B面出现正 电荷。
只有结构上没有对称中心，才有可能产生压电效应。
而且必须是：电介质（或至少具有半导体性质）；其 结构必须带正负电荷的质点－－离子或离子团存在（ 离子晶体或离子团组成的分子晶体）
常用：α－石英，钛酸钡，钛酸铅，钛酸钼等。
热释电性
热释电性（热电性）：由于温度的变 化引起材料电极化强度变化的性质。
热释电现象—坤特法显示电气石的热 释电性
即当晶体受到一定的机械力作用时，一定 方向的表面产生数量相等、符号相反的束 缚电荷。作用力反向时，表面电荷性质亦 反号。
电荷密度大小与所加应力的大小成线性关 系。--用于传感测力
逆压电效应:当晶体在外加电场作用下，晶体的 某些方向产生形变或谐振现象，形变与电场强 度成正比。
电致伸缩：任何电介质在外电场作用下，会发 生尺寸变化，产生应变。其大小与所加电压平 方成正比。
电解质的极化机制，电介质在外加电场作用下的宏 观极化强度，实际上是电介质微观上各种极化机制 共同作用的结果：电子极化、离子极化、电偶极子 取向极化、空间电荷极化等。
实际电场作用下的电极化强度P可表示为克劳修斯—莫 索堤方程:即电介质在所有偶极矩的总和，即：
P=∑Niūi Ni：第i种偶极子数目；ūi：第i种偶极子平均偶极矩
均匀加热电气石[（Na，Ca）（Mg， Fe）3B3Al6Si6（O，OH，F）31]，同 时向电气石喷射硫磺粉和铅丹粉。结 果发现：电气石的一面呈现黄色，另 一面呈现红色。
热释电现象—坤特法显示电气石的热 释电性
原因：电气石属于三方晶系，具有唯 一的极轴。没有受热时，电气石的自 发极化电偶极矩完全被吸附的空气中 的电荷屏蔽掉了。受热后，由于温度 的变化，自发极化改变，屏蔽电荷失 去平衡。晶体正电荷一面吸引硫磺粉 呈黄色，负电荷侧吸引铅丹粉呈红色
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束缚电荷形成新的电场，该电场与外加电场的方向 相反---退极化场Ed。 宏观电场：E宏=E0+Ed
极化：电介质在电场作用下产生束缚电荷的现象。
极化电荷：电介质在外电场的作用下，在和外电场相垂 直的电介质表面分别出现正、负电荷。这些电荷不能自 由移动，也不能离开，总保持中性。
如果介电介质为真空， 真空介电常数： 相对介电常数：
3.电介质的极化
介电材料：放在平板电容器中增加电容的材料
电介质：在电场作用下能建立极化的物质。
感应电荷（束缚电荷）：在真空平板电容器中嵌入 一块电解质加入外电场时，在整机附近的介质表面 感应出的负电荷，负极板附件的介质表面感应出的 正电荷。
源自文库
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4. 极化的相关物理量
（1）电解质的分类：极性分子电解质和非极性分子 电解质----分子的正负电荷统计重心是否重合，是否 有点偶极子？ 电介质在外电场作用下，无极性分子的正负电荷重 心重合将产生分离，产生电偶极矩。
Q：所含电量； l：正负电荷重心距离
据分子的电结构，电介质可分为：
极性分子电介质：H2O;CO（有）
电击穿
1.电场强度高时会形成电流脉冲发生击穿 ，由此产生点坑、孔洞和通道并连通；
2.击穿发生于材料的表面，通过表面水分 或污染杂质增加了击穿的可能性；
3.电击穿是一种集体现象，能量通过其它 粒子（例如，已经从电场中获得了足够能 量的电子和离子）传送到被击穿的组分中 的原理或分子上。
压电性
电介质作为材料，主要用于电子工程中的绝缘 材料、电容器材料和封装材料—应用的是电介 质的共性性质。
介电材料，又称电介质，是电的绝缘材 料，主要用于制造电容器。
3.1电介质及其极化
1.电容，两个邻近导体加上 电压后具有储存电荷的能 力的度量。 C(F)=Q(C)/V(V)
表征的是电容器容纳电荷 的本领。
2.介电率及介电常数 （1）材料因素，ε材料在电场中被极化的能力。 （2）尺寸因素，d和A，平板间的距离和面积。
---纵向压电效应
当材料受到压缩应
力的作用时，C、D
侧的硅离子和氧离
子都向内移动同样
C
D
的距离，因此，C、
D面不出现电荷，A
面出现正电荷，B面
出现负电荷。
---横向压电效应
压电效应与晶体的对称性有关。
压电效应的本质是对晶体施加应力时，改变了晶体内 的电极化。因此电极化只能在不具有对称中心的晶体 内才可能发生。
电介质在电场中的破坏
1.介质的击穿：当电场强度超过某一临界值时，介质 由介电状态变为导电状态，该现象成为介电强度的破 坏，或介质的击穿。
2.击穿电场强度：介质击穿时，相应的临界电场强度 称为介质强度，或击穿电场强度。
注，介电强度，一种介电材料在不发生击穿或者放电 的情况下承受的最大电场。
介电强度依赖于材料的厚度，厚度减小，介电强度增 加；介电强度还与环境温度和气氛、电极形状、材料 表面状态、电场频率和波形、材料成分和孔隙、晶体 各向异性、非晶体结构等因素有关。
极轴：即晶体唯一的轴，该轴的两侧往往具有不同的性质
热释电性产生的条件： 晶体，一定是具有自发极化的晶体，在结构上据有 极轴； 极轴，晶体唯一的轴，二端往往具有不同性质，且 采用对称操作不能与其它方向重合。 有热释电效应一定有压电效应，反之不然。
非极性分子电介质：CH4;He （2）电极化强度（P） ：电解质极化程度的量度 （C/m2）.
P=Σμ/ΔV
Σμ：电介质中所有电偶极矩的矢量和 ΔV： Σμ所有电偶极矩所在空间的体积 资料表明，电极化强度和电介质所处的实际有效电 场成正比，即P=X0ε0E X0：电极化率 ε0：真空介电常数 E：电场强度