4-陶瓷材料的介电常数的测定 - 副本

合集下载

4-陶瓷材料的介电常数的测定 - 副本

4-陶瓷材料的介电常数的测定 - 副本

实验三 陶瓷材料的介电温度特性的测定高介电材料具有十分广阔的市场,因其在电气电子、IT 、电力等领域的重要应用一直是各国科学材料研究与开发的热点。

对于材料的介电的测试与评价,是一项重要的实验和科研技能。

一、实验目的(1)了解介电测试系统的基本原理,掌握材料介电常数的基本知识。

(2)学会陶瓷材料电极的制备方法。

(3)掌握测量材料的介电温谱的方法。

(4)掌握高介电材料的介电性质和温度及频率之间的关系。

二、实验原理1.介电常数的测量原理如图3.1所示,一面积为S 、间距为d 的平行板电容器,极板间为真空,其电容为C 0。

电介质在恒定电场(直流电场)作用下,两极板间的电压为U 0。

极板上的电荷为:00U C Q = (3.1)撤去电源,维持极板上Q 不变;并在两极板间充满均匀的各向同性的电介质。

则实验测得rU U ε0=(3.2)充满电介质的平行板电容器的电容为:0C C r ε= [ 00C U QU Q C r r εε===] (3.3) r ε -- 电介质的相对电容率;0ε -- 真空电容率;r εεε0= -- 电介质的电容率。

由于rU U ε0=,dU E 00=,则图3.1 平行板电容器简易图rr E d U d U E εε00===(3.4) 充满电介质后,平行板电容器的电场强度为原来的1/εr 倍。

电容器的电容不仅依赖于电容器的形状,还与极板间电介质的电容率有关。

因此,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 ),又称电容率.。

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。

极板间的电压越大,电场强度越大。

当电场强度增大到某一最大值E b 时,电介质分子发生电离,从而使电介质失去绝缘性,这时电介质被击穿。

电介质能承受的最大电场强度E b ,称为电介质的击穿场度。

dU E bb =(3.5) 在外加电压下,电介质中一部分电能转换为热能的现象,称为介质损耗。

陶瓷材料的介电常数和加速结构

陶瓷材料的介电常数和加速结构

陶瓷材料的介电常数和加速结构英文回答:Dielectric materials are used in a wide variety of applications, including electrical capacitors, insulators, and substrates for electronic devices. The dielectric constant of a material is a measure of its ability to store electrical energy and is defined as the ratio of the capacitance of a capacitor with the material as the dielectric to the capacitance of the same capacitor with a vacuum as the dielectric.In particle accelerators, dielectric materials are used to create accelerating structures. These structures are responsible for accelerating charged particles to high energies. The dielectric material provides the electric field that accelerates the particles. The shape of the accelerating structure is designed to maximize the electric field gradient, which is the rate of change of the electric field with respect to distance.The choice of dielectric material for an accelerating structure is critical. The material must have a high dielectric constant in order to provide a strong electric field. It must also have a low loss tangent, which is a measure of the material's ability to dissipate electrical energy. The material must also be able to withstand the high voltages and currents that are present in an accelerating structure.Commonly used dielectric materials for accelerating structures include ceramic, metal-ceramic composites, and plastics. Ceramic materials are often used because they have high dielectric constants, low loss tangents, and good mechanical properties. Metal-ceramic composites offer the advantage of high thermal conductivity, which can help to dissipate heat generated by the beam. Plastics arerelatively inexpensive and easy to machine, but they have lower dielectric constants and higher loss tangents than ceramic materials.The design of an accelerating structure is a complexprocess that requires careful consideration of thedielectric material, the shape of the structure, and the operating conditions. By carefully optimizing these factors, it is possible to create accelerating structures that can efficiently and reliably accelerate charged particles to high energies.中文回答:陶瓷材料在电容器、绝缘体和电子器件基板等各种应用中得到了广泛应用。

介电常数的测定 (4)

介电常数的测定 (4)

介电常数的测定0419 PB04204051 刘畅畅实验目的了解多种测量介电常数的方法及其特点和适用范围,掌握替代法,比较法和谐振法测固体电介质介电常数的原理和方法,用自己设计与制作的介电常数测试仪,测量压电陶瓷的介电常数。

数据处理与分析(一)原理:介质材料的介电常数一般采用相对介电常数r ε来表示,通常采用测量样品的电容量,经过计算求出r ε,它们满足如下关系:00r CdSεεεε==式中ε为绝对介电常数,0ε为真空介电常数,1208.8510/F m ε-=⨯,S 为样品的有效面积,d为样品的厚度,C 为被测样品的电容量,通常取频率为1kHz 时的电容量C 。

(二)实验过程及数据处理 压电陶瓷尺寸:直径:0.9524.7840.063D mmv mm ==厚度:0.950.2720.043H mmv mm==一.根据所给仪器、元件和用具,采用替代法设计一台简易的介电常数测试仪,测量压电陶瓷的介电常数r ε。

在实验中采用预习报告中的图()a 连接电路,该电路为待测电容Cx 、限流电阻0R 、安培计与信号源组成的简单串联电路。

接入Cx ,调节信号源频率和电压及限流电阻0R ,使安培计读数在毫安范围内恒定(并保持仪器最高的有效位数),记下Ix 。

再换接入Cs ,调节Cs 与Rs ,使Is 接近Ix 。

若Cx 上的介电损耗电阻Rx 与标准电容箱的介电损耗电阻Rs 相接近,即Rx Rs ≈,则Cx Cs =。

测得的数据如下:输出频率 1.0002~1.0003kHz 输出电压 20VIx=1.5860mA Is=1.5872mA Cs=0.0367F R=1000μΩIs Ix ≈。

此时Rx Rs ≈,有Cx Cs ≈。

所以Cx = Cs = 0.0367 F μ。

63212223001200.0367100.272102339.264024.784108.8510 3.1422r Cd CH C N m SD εεεεεπ------⨯⨯⨯=====⋅⋅⎛⎫⎛⎫⨯⨯⨯⨯ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭二.用比较法设计一台简易的介电常数测试仪,测量压电陶瓷的介电常数r ε。

阻抗谱法测定陶瓷的介电参数谷老师

阻抗谱法测定陶瓷的介电参数谷老师

实验题目:材料专业实验(1)——电化学阻抗谱法实验该实验的主要作为材料专业课的补充,要求学生对材料领域的各种参数进行测量,熟悉材料检测的基本方法,掌握材料测试的基本实验手段,熟悉常规的测试设备。

掌握材料领域的基本测试方法,为进一步的专业实验做基础。

所以,要求学生掌握实验的基本原理、实验方法、基本的操作步骤。

实验讲义按照以下要求编写:一、实验目的1.熟悉用阻抗谱仪对电化学阻抗进行测试的原理。

2.了解阻抗谱仪的结构及操作软件。

3.实验中重点希望学生理解如下概念:复阻抗、等效电路及拟合、阻抗谱测量原理二、预习要求学生应在实验前阅读此讲义,并复习有关电解池、双电层、阻抗、等效电路等知识。

三、实验所需仪器设备电化学综合测试仪,不同浓度NaCl溶液,不同的工作电极。

四、实验原理电化学阻抗是电化学测量技术中一种十分重要的研究方法,在电极过程动力学、各类电化学体系(如电沉积、腐蚀、化学电源)、生物膜性能、材料科学包括表面改性、电子元器件和导电材料的研究中得到了广泛的应用。

以小振幅的正弦波电势(或电流)为扰动信号,使电极系统产生近似线性关系的响应,测量电极系统在很宽频率范围的阻抗谱,以此来研究电极系统的方法就是交流阻抗法(AC Impedance),又称为电化学阻抗谱(EIS,Electrochemical Impedance Spectroscopy)。

电化学阻抗法是一种暂态电化学技术,具有以下特点:●由于使用小幅度对称交流电(一般小于10mV)对电极进行极化,当频率够高时,每半周期持续时间很短,不会引起严重的浓差极化及表面状态变化;在电极上交替进行着阴极过程与阳极过程,同样不会引起极化的积累性发展,避免了对体系产生过大的影响;●由于可以在很宽的频率范围内测量得到阻抗谱,因而EIS能比其他常规的电化学方法得到更多的电极过程动力学和电极界面结构信息。

电解池由电极和溶液组成,当正弦波信号通过电解池时,可以把双电层等效地看做电容器,把电极、溶液以及电极反应所引起的阻力看成电阻,当忽略溶液电阻,电化学极化时电解池的等效电路及其阻抗谱可由图1所示,交流阻抗谱方法测量电解池电极过程采取对电解池施加不同频率的小振幅正弦电信号并测量其电响应(如阻抗与频率的关系, 阻抗虚部与实部之间的关系, 介电损耗tg θ与频率f 之间的关系)。

fr4介电常数单位

fr4介电常数单位

fr4介电常数单位在电子学与电子工程领域中,FR-4是一种常用的绝缘材料,它被广泛应用于印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)的制造过程中。

在设计和制造PCB时,了解FR-4材料的介电常数单位是非常重要的。

本文将介绍FR-4介电常数的单位以及其在电路设计和性能评估中的重要性。

FR-4介电常数的单位常用Dielectric Constant或Relative Permittivity 来表示,通常用εr或Dk来表示。

FR-4材料的介电常数单位指的是该材料在相对介电常数的测量中所采用的单位。

在电子领域中,相对介电常数用来衡量材料在电场作用下的电介质性能。

它描述了材料中电场与外加电场之比的关系,即介电常数单位表示了材料对电场的响应能力。

介电常数单位数值越大,材料对电场的响应能力越强。

对于FR-4这样的复合材料,其介电常数单位会随着频率的变化而发生改变。

一般来说,介电常数单位有两个主要的值,即介电常数单位在高频和低频下的值。

高频介电常数单位主要描述了材料在高频电磁场下的性能,而低频介电常数单位则描述了材料在直流或低频电磁场下的性能。

为了更好地理解FR-4材料的介电常数单位,我们可以将其与其他常见的介电材料进行比较。

例如,空气的介电常数单位近似为1,而水的介电常数单位约为80。

相对于空气和水,FR-4材料的介电常数单位通常在4-5之间,这意味着FR-4材料相对于空气和水来说具有较高的电介质性能。

了解FR-4的介电常数单位对于电路设计和性能评估非常重要。

在PCB设计中,设计师需要考虑电路板上不同信号之间的互相干扰情况。

通过了解FR-4材料的介电常数单位,设计师可以更好地评估信号传输的性能和潜在的干扰问题。

此外,介电常数单位还对电路板布线和信号传输速度等参数有着重要影响。

因此,在PCB设计过程中准确了解和使用FR-4介电常数单位是确保电路性能和稳定性的关键。

此外,在电磁模拟和电磁场计算等领域中,也需要准确地了解FR-4介电常数单位。

介电常数_精品文档

介电常数_精品文档
数测试仪,常用的有WCC—1,WCC—2型。
12
三、极化强度
大多数陶瓷介质由各种离子组成, 在没有外电场作用时,质点的正负电荷 中心重合,对外不呈现电极性。当有外 电场作用时,质点受到电场力的作用, 正负电荷发生相对位移。正电荷沿着电 场方向移动,负电荷反电场方向移动, 这种相对位移是有限度的。
13
位置1带负电 (位置2的离子 数相应增加)。
离子松弛静电单位电荷;
—1、2间的距离;
T—温度。
38
由此可见,离子松弛极化率与温 度有明显的关系。温度升高时,离子 不规则运动加剧,破坏离子沿电场方 向的分布,因而使T降低。
与离子位移极化的另一区别:在外 电场消失后,松弛极化不一定恢复到 原来位置,因此是不可逆的,它要从 外电场吸收一定能量,在什么时候消 耗能量,与外电场频率有关。
4
=Q/Q0
介电常数可以表示介质储存电荷的 能力,是介质的特征参数。是介质材料 的一个重要技术指标。
介电常数的计算公式:
=(3.6cl)/s 式中:c—测量出的电容,单位PF
l—单位cm s—单位cm2
5
对于直径为D的圆片试样,介 电常数为:
=(14.4cl)/D2 c—单位PF,l、D—单位cm。
电荷增加是由于陶瓷介质在电场作 用下发生极化的结果。这一现象叫介质 的宏观极化。它是介质微观质点极化的 外部表现。极板上电荷增加的过程也就 是微观质点极化的过程。
3
从上图可知,由于介质极化,在介 质邻近电极的表面层,出现了束缚在介质 上的电荷(束缚电荷),该电荷与电极上的 电荷符号相反,在介质中建立了与原电场 E方向相反的电场E’ 。E’有使原电场减小 的趋势。为使原电场E保持不变,电源必 须供给极板更多的电荷。Q与Q0的比值, 我们称为介质的介电常数。可表示为:

电介质陶瓷材料的介电性能测试及性能优化

电介质陶瓷材料的介电性能测试及性能优化

电介质陶瓷材料的介电性能测试及性能优化介电性能是电介质陶瓷材料的关键物理特性之一。

它衡量了材料在电场作用下的响应能力和电介质材料在电场中存储电能的能力。

了解和优化电介质材料的介电性能对于研发高性能电子器件,如电容器和电子陶瓷元件,具有重要意义。

本文将讨论电介质陶瓷材料的介电性能测试以及性能优化方法。

首先,介电性能测试是评估电介质陶瓷材料性能的关键步骤。

常用的测试方法包括介电常数(εr)和介电损耗(tanδ)的测量。

介电常数是材料在电场中存储电能的能力的衡量,它指示了材料对电场的响应程度。

介电损耗则表示了材料在电场中能量损失的程度。

这两个参数通常使用电桥或矢量网络分析仪进行测量。

通过测试介电常数和介电损耗,我们可以了解电介质陶瓷材料的电性能及其适用性。

其次,性能优化是提高电介质陶瓷材料应用效果的关键。

以下是一些优化方法:1. 材料组成与配比优化:通过调整陶瓷材料的成分和配比,可以改变其晶体结构和微观结构,从而影响材料的介电性能。

例如,添加掺杂剂或调整烧结工艺可以减小晶粒尺寸,提高晶界阻抗,从而降低介电损耗。

2. 烧结工艺优化:烧结过程对材料的微观结构和性能有重要影响。

通过优化烧结工艺参数,如温度、时间和压力等,可以改善材料的致密性、晶粒尺寸和晶界结构,从而改善介电性能。

3. 表面处理与界面设计:材料的表面和界面特性可以影响其介电性能。

通过表面处理、涂覆或界面调控等方法,可以改善材料的界面特性,提高其界面状态和界面粘结能力,从而提高介电性能。

4. 成品后处理:部分材料在制备过程中,存在一些缺陷,如氧化物含氧量不足等。

在成品后处理阶段,可以使用氧化、还原或烧结再处理等方法来优化电介质陶瓷材料的性能。

5. 添加纳米颗粒:添加纳米颗粒可以改变电介质陶瓷材料的晶体结构和微观结构,从而改善其介电性能。

纳米颗粒的添加可以增加晶界数量,减小晶界宽度,从而增加晶界阻抗,提高材料的介电常数和降低介电损耗。

此外,纳米颗粒的表面效应还可以增强材料的界面特性,提高电介质材料的性能。

pzt-4压电陶瓷电学参数

pzt-4压电陶瓷电学参数

pzt-4压电陶瓷电学参数
PZT-4是一种常见的压电陶瓷材料,具有优良的压电性能和电
学参数。

关于PZT-4的电学参数,我们可以从多个方面来进行全面
的回答。

首先,PZT-4的介电常数通常在1000至1500之间,这意味着
它在外加电场下的极化能力非常强。

这也使得PZT-4成为一种优秀
的压电材料,可用于传感器、换能器和压电马达等应用。

其次,PZT-4的压电常数通常在600至750之间,这表明它对
于机械应力的响应非常敏感。

这使得PZT-4在压电传感器和执行器
方面有着广泛的应用,例如压力传感器、声波发生器等。

此外,PZT-4的电机械耦合系数通常在0.6至0.7之间,这意
味着它能够高效地将电能转换为机械能,或者将机械能转换为电能,因此在压电换能器和压电马达中有着重要的应用。

另外,PZT-4的电阻率通常在10^9至10^11Ω·cm之间,这使
得它在一些特定的电学应用中能够表现出良好的绝缘性能。

总的来说,PZT-4作为一种压电陶瓷材料,具有较高的介电常数、压电常数和电机械耦合系数,以及较高的电阻率,这些优秀的电学参数使得它在压电传感器、换能器、压电马达等领域有着广泛的应用前景。

希望这些信息能够对你有所帮助。

[2017年整理]实验十一压电陶瓷介电性能测定--4-13日修改

[2017年整理]实验十一压电陶瓷介电性能测定--4-13日修改

实验十一 压电陶瓷介电性能测定实验名称:压电陶瓷介电性能测定 实验项目性质:普通实验 所涉及课程:电子材料 计划学时:2学时 一 、实验目的1. 通过实验了解电介质介电常数与介质损耗角正切tgδ 的概念和物理意义;2. 熟悉用LCR 型电桥测量电容器的电容量及介质损耗角正切的方法;3. 通过实验了解不同类型的介质材料其tgδ随频率的变化特性。

二、实验内容1. 实验老师介绍使用TH2810B 系列LCR 型电桥;2. 测试压电陶瓷的介电常数。

三、实验(设计)仪器设备和材料清单TH2810B 系列LCR 型电桥、压电陶瓷晶片、千分尺等。

四、实验原理根据电介质理论,各种电介质在电场作用下都要发生极化过程,其宏观表现可以用电介质的介电系数来表征。

不同类型的介质材料,由于发生极化的微观机制不同,不仅数值有明显差别,而且与频率的关系也有很大不同。

同样地,由于产生介质损耗的来源不同,各类电介质的tg δ数值及其与频率的关系都表现出各不相同的特点。

实验时,选用要测定的电介质制成电容器作为测量样品,利用LCR 电桥直接测定电容量和损耗角正切值的大小以及与频率的关系,研究介质的极化特性。

在已知样品直径(d )和电介质厚度(t )的条件下,由公式204/r Ct d επε=--C -电容(F ),t 样品厚度(m ),d -样品直径(m ),ε0-真空介电常数8.85×10-12(F/m )。

就能计算出相应的介电系数 。

测试不同频率下电介质的介电系数和损耗角正切tgδ,常用电桥法,其工作原理如图11-1所示。

将试样等效成电容C X 和电阻R X 并联,调节R 4和C N ,使电桥平衡,根据平衡条件可求得:改变测试频率,可获得不同频率下的介电系数和损耗角正切。

其中C N 、R 3为已知标准平衡元件。

图11-1 电桥法测试原理五、实验步骤利用TH2810B系列LCR型电桥测试。

1.用游标卡尺测量样品的厚度t和直径d。

铁电电介质陶瓷材料介电常数-温度特性曲线的测定

铁电电介质陶瓷材料介电常数-温度特性曲线的测定

铁电电介质陶瓷材料介电常数-温度特性曲线的测定实验铁电电介质陶瓷材料介电常数-温度特性曲线的测定一、目的要求1.掌握铁电电介质陶瓷材料介电常数-温度特性的测试原理和方法;2.通过实验,深刻理解铁电电介质陶瓷材料的居里温度的概念、相变扩散的概念、以及铁电陶瓷材料改性研究的意义;3.掌握电桥法测定电介质材料低频介电性能的常用仪器、参数设定、以及影响测试精度的因素。

二、基本原理铁电电介质陶瓷材料是制备“2类瓷介固定电容器”、各种压电陶瓷器件等的主要材料。

以“2类瓷介固定电容器”为例,其基本参数之一,即为电容量温度特性,根据国家标准的规定,2类瓷介固定电容器的进一步分类也是依据电容量温度特性而进行的,而该参数设计的主要依据是所选用的电介质的介电常数温度特性。

铁电电介质陶瓷材料一般具有一个以上的相变温度点,其中的铁电相和顺电相之间的转变温度被称为是居里温度,介质的介电常数随着温度的变化曲线(ε-T 曲线)显示,随着温度的升高,在相变温度附近,介电常数会急剧增大,至相变温度处,介电常数值达到最大值;如果所对应的相变温度是居里温度,那么随着温度的继续增加,介电常数随温度的升高将按照居里-外斯(Curie-Weiss )定律的规律而减小。

居里-外斯定律为:CC T T εε∞=+? (1)(1)式中:C 为居里常数;T C 为铁电居里温度(对于扩散相变效应很小的铁电体,该温度通常比实际的ε-T 曲线的峰值温度小10o左右);ε∞表示理论上当测量频率足够大时所测定的只源自快极化贡献的介电常数。

铁电电介质陶瓷材料的ε-T 曲线的另一个特点是,与单晶铁电体相比,在居里峰两侧一定高度所覆盖的温度区间比较宽,该温度区间称为居里温区,即对于铁电陶瓷来说,其介电常数ε具有按居里区展开的现象,该现象被称为相变扩散。

通过对材料的显微组织结构的调整和控制,可以改变介质的居里温度,同时可以控制材料的相变扩散效应,从而达到调整和控制介质的居里温度和在一定温度区间内的介电常数-温度变化率的目的。

陶瓷介电常数

陶瓷介电常数

陶瓷介电常数
陶瓷介电常数是一种定义材料电磁特性的参数,表示材料内在介电属性的强度。

它也可以被称为极化率或介电比,用符号ε表示。

陶瓷是一种多介电性材料,其介电常数随频率变化。

它的介电常数一般高于常见的绝缘体,一般范围在2-10之间,有时甚至可以达到100或更高,但是低于其他介电材料,如金属盐和玻璃。

陶瓷介电常数的高低取决于材料成分、烧制及结晶状态以及温度。

它的介电常数与温度大小有关。

随着温度升高,介电常数增加,但在某些特定温度范围内,介电常数会有所下降。

在此温度范围内,可以开发出高介电常数的特殊陶瓷材料。

压电陶瓷材料测试需要知道的13个基本参数

压电陶瓷材料测试需要知道的13个基本参数

压电陶瓷材料测试需要知道的13个基本参数压电陶瓷材料是一种具有压电效应的材料,可将机械的压力或应力转化为电能,同时也可以将电能转化为机械的压力或应力。

因此,对于压电陶瓷材料的测试,需要关注以下13个基本参数。

1.介电常数(Dielectric constant):介电常数是指材料在电场作用下的电极化能力,是压电陶瓷材料的一个重要指标。

介电常数越大,材料的电极化能力越强。

2.电容(Capacitance):电容是指单位电压下存储的电荷量,通常以法拉(F)为单位。

对于压电陶瓷材料,电容可以用来判断材料的电性能。

3.压电系数(Piezoelectric coefficient):压电系数是指压电材料产生的电荷与施加在材料上的应力或压力之间的比例关系。

压电系数可以分为压电应力系数和压电应变系数。

4.机械耦合系数(Electromechanical coupling coefficient):机械耦合系数是指压电陶瓷材料在机械和电学特性之间的耦合程度。

该参数描述了材料将电能转化为机械能或将机械能转化为电能的能力。

5.压电应用温度范围(Operating temperature range):压电陶瓷材料在不同温度下的性能是不同的,因此需要确定材料的工作温度范围。

过高或过低的温度可能会影响材料的性能。

6.力常数(Force constant):力常数是指压电材料在单位面积上所承受的力与电压或电荷之间的比例关系。

力常数可以用来描述材料的力学特性。

7.色散(Dispersion):色散是指压电陶瓷材料的压电性能随着频率的变化而产生的变化。

了解材料的色散特性可以优化材料的应用。

8.应力-应变曲线(Stress-strain curve):应力-应变曲线描述了在施加外力或压力时,材料的应力和应变之间的关系。

通过绘制应力-应变曲线,可以获得材料的力学性能。

9.电化学稳定性(Electrochemical stability):压电陶瓷材料应具有良好的电化学稳定性,以确保其在一定电压或电流下不发生电化学反应。

介电常数的测量实验报告(附数据)

介电常数的测量实验报告(附数据)

实验题目:介电常数的测量实验目的:测量陶瓷电容的介电常数介电体(又称电介质)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激化机理的重要分析手段之一,探索高介电常数的电介质材料,对电子工业元器件的小型化有着重要的意义。

介电常数(又称电容率)是反映材料特性的重要参量,电介质极化能力越强,其介电常数就越大。

测量介电常数的方法很多,常用的有比较法,替代法,电桥法,谐振法,Q 表法,直流测量法和微波测量法等。

各种方法各有特点和适用范围,因而要根据材料的性能,样品的形状和尺寸大小及所需测量的频率范围等选择适当的测量方法。

本实验要求学生了解多种测量介电常数的方法及其特点和适用范围,掌握替代法,比较法和谐振法测固体电介质介电常数的原理和方法,用自己设计与制作的介电常数测试仪,测量压电陶瓷的介电常数。

实验原理:介质材料的介电常数一般采用相对介电常数εr 来表示,通常采用测量样品的电容量,经过计算求出εr ,它们满足如下关系:SCdr 00εεεε==(1)式中ε为绝对介电常数,ε0为真空介电常数,m F /1085.8120-⨯=ε,S 为样品的有效面积,d 为样品的厚度,C 为被测样品的电容量,通常取频率为1kHz 时的电容量C 。

一、替代法当实验室无专用测量电容的仪器,但有标准可变电容箱或标准可变电容器时,可采用替代法设计一简易的电容测试仪来测量电容。

这种方法的优点是对仪器的要求不高,由于引线参数可以抵消,故测量精度只取决于标准可变电容箱或标准可变电容器读数的精度。

若待测电容与标准可变电容的损耗相差不大,则该方法具有较高的测量精度。

替代法参考电路如图2.2.6-1(a)所示,将待测电容C x (图中R x 是待测电容的介电损耗电阻),限流电阻R 0(取1k Ω)、安培计与信号源组成一简单串联电路。

合上开关K 1,调节信号源的频率和电压及限流电阻R 0,使安培计的读数在毫安范围恒定(并保持仪器最高的有效位数),记录读数I x 。

PCB介电常数常识

PCB介电常数常识

1、我们常用的PCB介质是FR4材料的,相对空气的介电常数是4.2-4.7。

这个介电常数是会随温度变化的,在0-70度的温度范围内,其最大变化范围可以达到20%。

介电常数的变化会导致线路延时10%的变化,温度越高,延时越大。

介电常数还会随信号频率变化,频率越高介电常数越小。

100M以下可以用4.5计算板间电容以及延时。

2、一般的FR4材料的PCB板中内层信号的传输速度为180ps/inch(1inch=1000mil=2.54cm)。

表层一般要视情况而定,一般介于140与170之间。

3、实际的电容可以简单等效为L、R、C串联,电容有一个谐振点,在高频时(超过这个谐振点)会呈现感性,电容的容值和工艺不同则这个谐振点不同,而且不同厂家生产的也会有很大差异。

这个谐振点主要取决于等效串联电感。

现在的比如一个100nF的贴片电容等效串联电感大概在0.5nH左右,ESR(等效串联电阻)值为0.1欧,那么在24M 左右时滤波效果最好,对交流阻抗为0.1欧。

而一个1nF的贴片电容等效电感也为0.5nH(不同容值差异不太大),E SR为0.01欧,会在200M左右有最好的滤波效果。

为达好较好的滤波效果,我们使用不同容值的电容搭配组合。

但是,由于等效串联电感与电容的作用,会在24M与200M之间有一个谐振点,在这个谐振点上有最大阻抗,比单个电容的阻抗还要大。

这是我们不希望得到的结果。

(在24M到200M这一段,小电容呈容性,大电容已经呈感性。

两个电容并联已经相当于LC并联。

两个电容的ESR值之和为这个LC回路的串阻。

LC并联的话如果串阻为0,那么在谐振点上会有一个无穷大的阻抗,在这个点上有最差的滤波效果。

这个串阻反倒会抑制这种并联谐振现象,从而降低LC谐振器在谐振点的阻抗)。

为减轻这个影响,可以酌情使用ESR大些的电容。

ESR相当于谐振网络里的串阻,可以降低Q值,从而使频率特性平坦一些。

增大ESR会使整体阻抗趋于一致。

粉末介电常数测试-概述说明以及解释

粉末介电常数测试-概述说明以及解释

粉末介电常数测试-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述粉末介电常数是指在电磁场作用下,粉末中电场的分布和导电性质的参数。

它是评估粉末材料在电磁场中的响应能力和电气性能的重要指标。

粉末介电常数测试则是一种常用的实验方法,用于测量粉末样品在不同电磁场下的介电常数。

粉末介电常数的值对于粉末材料的性质和应用具有重要影响。

它直接关系到粉末材料在电子器件、电磁波吸收材料、微波材料等众多领域中的应用性能。

通过测试粉末介电常数,可以了解材料对电场的响应特性,从而为材料的设计和应用提供依据。

粉末介电常数测试方法和原理是本文的重点之一。

主要包括两种常用的测试方法:静电测试和动态测试。

静电测试通过在不同电压下测量电场强度,从而计算出介电常数。

动态测试则是通过施加不同频率的电场,通过测试样品的电流响应,来计算介电常数。

测试原理基于电磁学理论,结合电场强度、电磁波传播等因素,进行数据计算和分析。

粉末介电常数测试的应用领域广泛。

在电子器件领域,了解材料的介电常数对于电容器、绝缘材料的设计和性能优化至关重要。

在电磁波吸收材料领域,了解材料的介电常数对于改善电磁波吸收性能有重要意义。

在微波材料领域,粉末介电常数的测试可以优化微波传输和通信的效果。

在材料科学领域,粉末介电常数的测试可以为新材料的研发和应用提供参考。

综上所述,粉末介电常数测试在材料科学和应用领域中具有重要的意义。

本文旨在系统介绍粉末介电常数的定义、测试方法和原理,并探讨其在不同领域的应用前景。

通过对粉末介电常数测试的研究和应用,将进一步促进材料科学的发展和实际应用的推动。

1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构进行叙述:引言、正文和结论三个部分。

引言部分将从概述、文章结构和目的三个方面介绍粉末介电常数测试的背景和意义。

首先,我们会对粉末介电常数的定义和意义进行概述,说明它在材料科学领域中的重要性。

接着,我们将介绍文章的结构,包括主要章节和各章节的内容安排,以帮助读者更好地理解全文结构。

实验十二陶瓷介电常数的测量 - 中山大学物理科学与工程技术

实验十二陶瓷介电常数的测量 - 中山大学物理科学与工程技术

短路校正


按下“MeasOpen”右边的功能键,开始短 路校正。屏幕下方显示“Short Measurement in progress”,开始短路校 正。 等待几分钟时间,屏幕下方显示“Saving Data”、“Short Measurement Complete”。 短路校正完成。
2,厦门宇光AI708P控温及测温系统
实验十二 陶瓷介电常数的测量 (LCR表的使用)
林国淙
一、实验目的

熟悉 Agilent 4284A 精密 LCR 测试仪的使 用。 使用Agilent 4284A精密LCR测试仪测量 升温过程中BaTiO3介电常数及损耗随温 度和频率的变化。
二、实验原理
1, 阻抗参数测量
阻抗参数
串联和并联等效方式
BaTiO3介电常数及损耗曲线
BaTiO3铁电材料


通过对粒径均匀分布的细晶粒纯BaTiO3 陶瓷介电性能研究发现,陶瓷的介电常 数和介电损耗随晶粒粒度发生明显变化。 随晶粒的减小,相变弥散,居里温度降 低,介电常数和介电损耗减小。
三,实验仪器

Agilent 4284A精密LCR测试仪; 厦门宇光AI708P控温及测温系统。

开路校正


按下“MeasOpen”右边的功能键,屏幕下 方显示“Open Measurement in progress”, 开始开路校正。等待几分钟时间,屏幕 下方显示“Saving Data”、“Open Measurement Complete”。 开路校正完成。
短路校正


按下控制面板上“Meas Setup”键,然后 按下“CORRECTION”右边对应的功能键, 进入校正模式; 将光标移到“Short”,并用导线连接两个 测量端,进入短路校正模式。 检查“SHORT”是否为“ON”状态,若不是, 按右边“ON”对应的功能键,将“SHORT” 设为“ON”。

陶瓷绝缘子的介电常数

陶瓷绝缘子的介电常数

陶瓷绝缘子的介电常数一、引言陶瓷绝缘子是电力系统中不可或缺的重要组成部分,其作用是将高压电线与支架隔离,防止电线与支架之间的电流流失。

而介电常数则是衡量绝缘材料绝缘性能的重要指标之一。

本文将从介电常数的定义、影响因素、测量方法以及陶瓷绝缘子的介电常数等方面进行探讨。

二、介电常数的定义介电常数是指介质中电场强度与介质中电位移密度之比,通俗地说,就是介质中电场强度与电场中电荷的相互作用程度的量度。

介电常数越大,说明介质中电荷的相互作用越强,绝缘性能越好。

三、影响因素介电常数的大小受到多种因素的影响,主要包括介质的化学成分、结构、温度、湿度等。

其中,介质的化学成分是影响介电常数的最主要因素。

不同的化学成分会导致介质中电荷的相互作用程度不同,从而影响介电常数的大小。

四、测量方法介电常数的测量方法主要有两种,一种是静电法,另一种是电容法。

静电法是通过测量介质中电场强度和电势差来计算介电常数的大小,而电容法则是通过测量介质中电容的大小来计算介电常数的大小。

两种方法各有优缺点,需要根据实际情况选择合适的方法进行测量。

五、陶瓷绝缘子的介电常数陶瓷绝缘子是一种常用的绝缘材料,其介电常数通常在6-8之间。

陶瓷绝缘子的介电常数受到其化学成分、制造工艺等因素的影响。

在实际应用中,为了保证绝缘子的绝缘性能,需要对其介电常数进行严格的控制和检测。

六、结论介电常数是衡量绝缘材料绝缘性能的重要指标之一,其大小受到多种因素的影响。

在实际应用中,需要根据实际情况选择合适的测量方法,并对绝缘材料的介电常数进行严格的控制和检测,以保证电力系统的安全稳定运行。

功能陶瓷的固相反应法制备及介电性能测试

功能陶瓷的固相反应法制备及介电性能测试

功能陶瓷的固相反应法制备及介电性能测试一、实验目的1、了解制备功能陶瓷材料的固相反应法;2、掌握用LCR仪测试功能陶瓷材料介电性能的方法;3、测量特定频率及温度范围内BaTiO3陶瓷的介电性能随频率及温度的变化;4、结合实验结果分析BaTiO3陶瓷的介电性能与频率及温度的关系.二、实验原理固相反应法制备功能陶瓷:制备功能陶瓷材料的方法有很多种,其中最成熟、应用最为广泛的则是固相反应法.这种方法以高纯度粉末(常为氧化物)为原料,经精确称量后与球磨介质(常为球状,一般用ZrO2、Al2O3、玛瑙等高硬度材料)及分散液体(通常为水或酒精)混在一起,经球磨、干燥、过筛后得到颗粒细小、混合均匀的粉末。

均匀混合的粉末在高温下发生化学反应,合成所需的物相,此过程称为预烧结(又称锻烧).之后再次进行球磨、干燥、过筛,并将得到的颗粒细小的粉末与少量有机物水溶液(如PV A、PVB等)混合在一起、研磨后过筛(此过程称为造粒),以增加粉末在成型过程中的可塑性和流动性,并减小粉末与模具间的摩擦。

将造粒后的粉末放置于金属模具中,并施加高压,即得到具有所需形状的压粉体(又称素胚),此过程称为成型。

压粉体具有一定的强度和致密度,但其中仍存在很多气孔,需通过高温下的烧结过程予以排除。

由于粉末颗粒细小,具有较高的表面能,这和高温一起构成了烧结过程的动力.在烧结动力的作用下,颗粒之间发生传质的过程,同时伴随着晶粒的长大、大部分气孔的排除、体积的收缩、密度的增大及强度的提高,最终得到致密的陶瓷材料。

材料的介电性能及其测试方法:介电性是材料对外加电场的一种反应。

介电材料内的电荷在外加电场的作用下会发生位移,导致正、负电荷中心不重合,从而发生电极化、在介质表面形成束缚电荷,并在宏观上表现为电容及介电常数.介电常数 是表征材料介电性能的物理量,定义为电位移与外加电场之间的比值。

出于方便的考虑,常用相对介电常数r ε (即介电常数与真空介电常数的比值,0/εε)来表示。

容器用瓷料研究及其介电常数的计算

容器用瓷料研究及其介电常数的计算

博士论文高精度高比容独石电容器用瓷料研究及其介电常数的计算肖谧!天津大学电子信息工程学院"天津#$$$%&’摘要(首先利用蒙特卡罗有限元法在分析陶瓷材料内电场分布的基础上"对微粒混合陶瓷材料的介电常数与各成分含量及其介电常数之间的关系进行了探讨)研究表明"由于介质极化的原因"在陶瓷材料内部"等势线的分布将主要集中于低介电常数成分所占的区域"并且"微粒混合陶瓷材料各成分的含量及其介电常数都会对陶瓷材料内电场的分布产生重要影响"并使陶瓷材料的宏观介电常数发生变化)当陶瓷材料中含有与其他成分介电常数差别相当大的成分时"利用蒙特卡罗有限元法可获得较其他传统方法更为准确的结果)系统地研究了钡钛钕系统陶瓷的介电性能)研究结果表明"*+,-.#中掺入极少量的/0&.#!例如摩尔分数1为$234’时"材料呈半导性"电阻率呈明显的5,67效应)*+,-.#中掺入少量的/0&.#!18$2&4’时"材料呈绝缘性"且随着/0&.#掺入量的增加"材料的平均晶粒尺寸不断减小"居里峰向负温方向移动"居里峰不断降低)*+,-.#中掺入少量/0&.#9&,-.&时"随着掺入量的增加"居里峰向负温方向移动"晶粒尺寸不断增大:*+,-.#中掺入较多的/0&.#9&,-.&时"随着掺入量的增加"介电常数不断减小"介电常数的温度特性曲线的非线性程度不断减小"并且"当*+,-.#与/0&.#9&,-.&的摩尔比相同时"材料的主晶相由*+,-.#转变为*+/0&,-#.3$)在钡钛钕系统中"随着*+.;/0&.#;,-.&三种成分配比的不同"在材料中可能生成*+/0&,-<.3=;*+,-.#;/0&,-&.%;游离的,-.&;*+,-=.>;*+&,->.&$等成分"并使材料呈现不同的介电性能)在*+.9/0&.#9<,-.&附近可实现较为理想的介电性能"这时陶瓷材料的主晶相为*+/0&,-<.3=)在钡钛钕系统中加入5?.和*-&.#构成钡钛钕铅铋五元陶瓷系统"5?.及*-&.#的添加均可导致材料介电常数的增大"温度系数一般向正值方向移动)在钡钛钕铅铋五元陶瓷系统中添加@A .9,-.&熔块"可使材料的介电常数增大"温度系数向负值方向移动:添加&*-&.#9#,-.&熔块"可使材料的介电常数增大"温度系数向正值方向移动:添加玻璃成分"可使材料的烧结温度降低"介电常数减小"温度系数向负值方向移动)在同时添加有@A .9,-.&熔块;&*-&.#9#,-.&熔块和玻璃等成分的钡钛钕铅铋五元陶瓷基料中"再添加微量的B C &.#"可降低材料的介电损耗)通过合成钡钛钕铅铋五元系统的陶瓷基料"并适量加入@A .9,-.&熔块;&*-&.#9#,-.&熔块;玻璃及微量的B C &.#"成功地研制出了具有优良介电性能的高精度高比容中温烧结独石电容器用瓷料"其介电性能为(介电常数D A(>>23$温度系数E D (F3#G3$F H I F 3介电损耗J K L(&2H G3$F =电阻率M N (83$3#O 9P Q击穿场强R ?(S3$TU V Q 用此种瓷料制备而成的TW 6的介电性能为(电容量X (8&<$Y Z温度系数E X (F !>$[\$’G3$F HI F 3介电损耗J K L(!3$[3&’G3$F =绝缘电阻]-(83$3&O击穿电压(S#倍工作电压烧结温度(33<$I与B K !%$’^50!#$’内电极匹配良好)利用蒙特卡罗有限元法对高精度;高比容独石电容器用瓷料的介电常数进行了计算)结果表明"利用蒙特卡罗有限元法计算的结果比传统的李赫德涅凯对数混合定则的计算结果要更接近于实际的测量值"证明此种方法在计算微粒混合陶瓷材料的介电常数方面是可行并且十分有效的)关键词(蒙特卡罗有限元法:微粒混合陶瓷材料:高精度;高比容瓷料_‘a b c d e‘f g h g i j k l m n o d i pq h hd o r l s ft m m a i j m c j e b_u g m l o l mh j u j m l ‘c j e b‘f g h j v m a v j ‘l d ed o w ‘n x l g v g m ‘i l m h d e n ‘j e ‘y w t z pl!{Y |J -J }J ~!"#C ~P J A !Y -P {Y "!A Q +J -!Y ",-+Y $-Y %Y -N ~A |-J &",-+Y $-Y #$$$%&’收稿日期(&$$$^33^3#作者简介(肖谧!3>%&F’"男"河北定州市人"讲师"主要从事无机功能材料与器件的研究)#^Q +-C (’-+!Q -()}?C -P 2J )J 2J $2P Y)H#*q *h +,z -w hh z p .z -*-+_/pt +*,w t q _0d v 2&$-d23!"#$%&’$()*+,-./0-12+2.3-*45,62-72258*2.29-+*9945: ,-35-4;92+3<*994<=4,284;,2>2+3.94<=4,*-*45,358945-25-4+8*2.29-+*9945,-35-4;-1294<=4,*-*45,3+2,-?8*2845-1263: ,*,4;353./,*,4;*552+2.29-+*9;*2.88*,-+*6?-*45*592+3<*9?,: *5@A45-2B3+.4)*5*-2C.2<25-A2-148*5-1*,=3=2+D E12+2: ,?.-,,147-13-0*592+3<*90-12945-4?+.*52,4;>4.-3@2<3*5: ./945925-+3-2*5-12;*2.84;94<=4,*-*457*-1.478*2.29-+*9 945,-35-6293?,24;-12=4.3+*F3-*454;8*2.29-+*9D E12945-25-3588*2.29-+*9945,-35-4;94<=4,*-*45*5-1292+3<*97*..3..3;: ;29-*552+2.29-+*9;*2.88*,-+*6?-*450358-1?,<3G2-12<39+4: ,94=*93.8*2.29-+*9945,-35-4;-1292+3<*98*;;2+25-D A4+2399?: +3-2+2,?.-,93562@3*528?,*5@A45-2B3+.4)*5*-2C.2<25-A2-148-1354-12+-+38*-*453.<2-148,7125-12+2*,394<=4: ,*-*4571*918*2.29-+*9945,-35-*,<?918*;;2+25-;+4<-12 4-12+H,*592+3<*9DI*2.29-+*9=+4=2+-*2,4;92+3<*9*563+*?<0-*-35*?<358 5248/<*?<,/,-2<3+2,/5-12-*93../,-?8*28D E12+2,?.-,,147 -13-0<3-2+*3.7*..62,2<*9458?9-*>20358+2,*,-*>*-/,147, 46>*4?,./J E B K2;;29-7125.*--.23<4?5-4;L8M N O P;4+2Q3<: =.2R S T<4.UV84=28*5-4W3E*N O D A3-2+*3.7*..62*5,?.3-*5@ 71253.*--.23<4?5-4;L8M N O P X R S M<4.UV84=28*5-4W3: E*N O03587*-1-12*59+23,24;84=*5@3<4?5-4;L8M N O0-12 3>2+3@2@+3*5,*F2829+23,2,0-12B?+*2=4*5-,1*;-,-4<*5?, -2<=2+3-?+20-12B?+*2,?<<*-+28?92,945,-35-./D Y1253 .*--.23<4?5-4;L8M N O ZM E*N M*,84=28*5-4W3E*N O07*-1-12 *59+23,24;84=*5@3<4?5-0B?+*2=4*5-,1*;-,-4<*5?,-2<=2+: 3-?+20358-123>2+3@2@+3*5,*F2*59+23,2,945,-35-./D Y125 <?91L8M N O ZM E*N M*,84=28*5-4W3E*N O07*-1-12*59+23,24; 84=*5@3<4?5-08*2.29-+*9945,-35-829+23,2,0545.*523+2Q-25-4;-2<=2+3-?+2913+39-2+*,-*99?+>24;8*2.29-+*9945,-35-+2: 8?92,03587125-12<4.2+3-*44;W3E*N O358L8M N O ZM E*N M*, 2[?3.0-12<3*5=13,27*..9135@2;+4<W3E*N O-4 W3L8M E*O N T R D\563+*?<0-*-35*?<3585248/<*?<,/,-2<0 7125-12+3-*44;W3N0L8M N O358E*N M*,8*;;2+25-094<=4,*: -*45,4;W3L8M E*]N T^0W3E*N O0L8M E*M N_08*,,49*3-*>2E*N M‘W3E*^N a‘W3M E*a N M R03582-3.D9356246-3*528035892+3<*9 7*..,1478*;;2+25-8*2.29-+*9=+4=2+-*2,D J2+;29-8*2.29-+*9 =+4=2+-*2,9356246-3*528523+W3N Z L8M N O Z]E*N M0-12 <3*5=13,25477*..62W3L8M E*]N T^D b?*53+/92+3<*9,/,-2< *,945,-+?9-287125J6N358W*M N O*,38828*5-463+*?<0-*-3: 5*?<3585248/<*?<,/,-2<D E12388*5@4;J6N4+W*M N O9353..*59+23,28*2.29-+*9945,-35-4;-12<3-2+*3.035894<<45./<4>2-2<=2+3-?+2942;;*9*25--4=4,*-*>2>3.?2D\5-12[?*53+/,/,-2<4;63+*?<0-*-35*?<05248/<*?<0.2383586*,<?-10388*5@4;93.9*528c+N Z E*N M935*59+23,2 8*2.29-+*9945,-35-4;-12<3-2+*3.358<4>2-2<=2+3-?+2942;;*: 9*25--4<*5?,>3.?2d388*5@4;93.9*528M W*M N O ZO E*N M935*5: 9+23,28*2.29-+*9945,-35-4;-12<3-2+*3.358<4>2-2<=2+3-?+2 942;;*9*25-4;=4,*-*>2>3.?2d388*5@4;@.3,,935+28?92-12,*5: -2+-2<=2+3-?+24;-12<3-2+*3.0829+23,28*2.29-+*9945,-35-358<4>2-2<=2+3-?+2942;;*9*25--4<*5?,>3.?2D I4=*5@4;3 .*--.24;e.M N O935829+23,2-128*2.29-+*9.4,,4;-12<3-2+*3.*5 -12[?*53+/,/,-2<4;63+*?<0-*-35*?<05248/<*?<0.238358 6*,<?-138828,*<?.-3524?,./7*-193.9*528c+N Z E*N M0 M W*M N O ZO E*N M358@.3,,DB4<=4,*5@92+3<*94;-12[?*53+/,/,-2<4;63+*?<0-*-3: 5*?<05248/<*?<0.2383586*,<?-10358388*5@=+4=2+ 3<4?5-4;93.9*528c+N Z E*N M0M W*M N O ZO E*N M@.3,,3583.*-: -.2e.M N O092+3<*94;1*@1=+29*,23581*@1>4.?<293=39*-3592 ;4+Af B,*5-2+283-*5-2+<28*3-2-2<=2+3-?+2*,,?992,,;?../ 46-3*52808*2.29-+*9=+4=2+-*2,3+2.*,-3,62.47(I*2.29-+*9945,-35-g+(a a S T RE2<=2+3-?+2942;;*9*25-h g(iT O jT R i k l i TI*2.29-+*9.4,,-@m(M S k jT R i^K2,*,-*>*-/n>(XT R T O o Z9<W+23G:84752.29-+*9;*2.8,-+25@-1p6(qT R Ar s<I*2.29-+*9=+4=2+-*2,4;Af B=+48?9287*-1,?9192+3<*9 3+2.*,-3,62.47(B3=39*-3592t(XM]R5)E2<=2+3-?+2942;;*9*25-h t(i P a R uv R VjT R i k l i TI*2.29-+*9.4,,-@m(P T R uT M VjT R i^K2,*,-3592w*(XT R T M oW+23G:8475>4.-3@2(q-+*=.274+G*5@>4.-3@2c*5-2+*5@-2<=2+3-?+2(TT]R lA3-91*5@7*-1e@P_R V:J8P O R V*552+2.29-+482D)*53../08*2.29-+*9945,-35-4;92+3<*9;4+Af B4;1*@1 =+29*,23581*@1>4.?<293=39*-3592,*5-2+283-*5-2+<28*3-2 -2<=2+3-?+2*,93.9?.3-28?,*5@A45-2B3+.4)*5*-2C.2<25-A2-148D E12+2,?.-,,147-13-0-12>3.?293.9?.3-28?,*5@ A45-2B3+.4)*5*-2C.2<25-A2-148*,<4+29.4,2-4-12=+39: -*93.-2,->3.?2-135-1245293.9?.3-28?,*5@-+38*-*453.f*912: 845*91f4@3+*-1<K?.2D E1*,=+4>2,-13--1*,<2-148*,2;;29: -*>2;4+-1293.9?.3-*454;-128*2.29-+*9945,-35-4;92+3<*9 94<=4,284;,2>2+3.94<=4,*-*45,Dx y z{|%}#(A45-2B3+.4)*5*-2C.2<25-A2-148d B2+3<: *9B4<=4,284;c2>2+3.B4<=4,*-*45d B2+3<*94;~*@1J+29*,2 358~*@1r4.?<2B3=39*-3592P编辑(傅成君V。

  1. 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. 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. 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)。

实验三 陶瓷材料的介电温度特性的测定高介电材料具有十分广阔的市场,因其在电气电子、IT 、电力等领域的重要应用一直是各国科学材料研究与开发的热点。

对于材料的介电的测试与评价,是一项重要的实验和科研技能。

一、实验目的(1)了解介电测试系统的基本原理,掌握材料介电常数的基本知识。

(2)学会陶瓷材料电极的制备方法。

(3)掌握测量材料的介电温谱的方法。

(4)掌握高介电材料的介电性质和温度及频率之间的关系。

二、实验原理1.介电常数的测量原理如图3.1所示,一面积为S 、间距为d 的平行板电容器,极板间为真空,其电容为C 0。

电介质在恒定电场(直流电场)作用下,两极板间的电压为U 0。

极板上的电荷为:00U C Q = (3.1)撤去电源,维持极板上Q 不变;并在两极板间充满均匀的各向同性的电介质。

则实验测得rU U ε0=(3.2)充满电介质的平行板电容器的电容为:0C C r ε= [ 00C U QU Q C r r εε===] (3.3) r ε -- 电介质的相对电容率;0ε -- 真空电容率;r εεε0= -- 电介质的电容率。

由于rU U ε0=,dU E 00=,则图3.1 平行板电容器简易图rr E d U d U E εε00===(3.4) 充满电介质后,平行板电容器的电场强度为原来的1/εr 倍。

电容器的电容不仅依赖于电容器的形状,还与极板间电介质的电容率有关。

因此,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 ),又称电容率.。

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。

极板间的电压越大,电场强度越大。

当电场强度增大到某一最大值E b 时,电介质分子发生电离,从而使电介质失去绝缘性,这时电介质被击穿。

电介质能承受的最大电场强度E b ,称为电介质的击穿场度。

dU E bb =(3.5) 在外加电压下,电介质中一部分电能转换为热能的现象,称为介质损耗。

一般来说,电介质都有微弱的导电性,因产生漏电流而引起的能量损耗是较小的。

主要的介质损耗是高频交变电压作用下,高频外电场使电介质反复极化的过程中发生的。

频率越高,发热越显著。

如果剧烈发热,将使电介质丧失绝缘性能并引起破坏。

在交流电场下,介电常数表示成虚数形式:"'εεεi += (3.6)我们把介电常数虚数部分和实数部分的比值定义为介电损耗因子(dissipation loss factor )。

'"tan εεδ=(3.7) 大多数陶瓷材料具有较低的介电损耗因子,这是由于它的高绝缘性能阻止电能转化为热能的损耗。

2.钛酸钡陶瓷的结构和介电性质BaTiO 3陶瓷是具有最高室温介电常数的简单化合物,在室温具有四方结构(tetragonal ),属于ABO 3型钙钛矿(perovskite )结构。

图3.2为理想的立方钙钛矿结构。

图3.2(a )为一个BaTiO 3晶胞,B 位的Ti 4+离子由6个O 2-离子包围,组成TiO 6正八面体;图3.2(b )显示出TiO 6八面体的重复排列构成钙钛矿结构的骨架。

可以认为A 位的Ba 2+离子位于骨架的间隙位置。

BaTiO 3陶瓷随温度的变化经过三种相变:一般在125 ℃以上是立方相(cubic ),可由图3.2表示;125 ℃至-7 ℃之间为四方相(tetragonal );-7 ℃至-90 ℃之间为正交相(orthorhombic );-90 ℃以下为菱方相(rhombohedral )。

在加热或降温的过程中有轻微几度的差别(相变的迟滞效应)。

对于室温的四方BaTiO 3陶瓷,c/a 轴比率大于1,当高于125 ℃时,转变为理想的立方钙钛矿结构。

钛酸钡是具有最高介电常数的简单化合物,统治性地用作高介电电容器材料,室温介电常数大约1600。

伴随着结构相变,在每个相变温度附近出现介电峰。

其中居里峰(即立方-四方相变点)的介电常数最高,大约10000左右。

图3.3表示BaTiO 3陶瓷的相对介电常数(b)(a)B Ba Ti O图3.2 理想的立方钙钛矿结构。

图3.3 BaTiO 3陶瓷的相对介电常数和介电损耗因子随温度的变化规律。

式中T C 为距离温度,T 0为居里-外斯温度。

εrT (℃)×10-3 1/εr×10-4t a n δC对于BaTiO 3陶瓷,在顺电的立方相,即温度高于居里温度T C 时,相对介电常数εr 遵循居里-外斯定律(Curie-Weiss law )。

T T C Wr -=ε (for T > T 0) (3.8)这里C W 是居里常数(Curie constant ),T 0是居里-外斯温度(Curie-Weiss temperature )。

T 0由外延1/εr (T) → 0决定。

3.常用介电指标基于美国电子工业协会(EIA )的标准,比较常用的三种介电指标如下:(1)Y5V 指标:在-30 ℃到85 ℃的温度范围内,相对介电常数值与室温的介电常数相比不超过+22 %到-82 %的范围。

(2)Z5U 指标:在10 ℃到85 ℃的温度范围内,相对介电常数值与室温的介电常数相比不超过+22 %到-56 %的范围。

(3)X5R 指标:在-55 ℃到+85 ℃的温度范围内,相对介电常数值与室温的介电常数相比不超过±15 %的范围。

(4)X7R 指标:在-55 ℃到+125 ℃的温度范围内,相对介电常数值与室温的介电常数相比不超过±15 %的范围。

三、实验仪器与设备M126096介电测试系统(由程序温度控制器(AI808P )(厦门宇电自动化科技有限公司)、PM6306可程序化自动RCL 表(Fluke 公司,美国)、M126096-1控温样品池组成、液氮四、实验内容与步骤钛酸钡(BaTiO 3)陶瓷的介电谱图的测量。

测量条件:测量频率:1 kHz ;测量电压:1 V ;温度范围:-60 ºC - 200 ºC ;升温速率:2 ºC /min ; (1)启动计算机,双击桌面上“DeTemp2008.exe ”图标,启动介电温谱测试系统。

a. 输入样品的信息(面积和厚度);点击【计算】,计算空电容C 0的数值;点击【确认输入】。

b. 点击【测量】菜单下的【介电温度特性】。

(2)打开样品室盖,将待测电容器接入样品室被测端钮,确定接触良好后将样品室盖好。

(3)设置介电温谱测试程序:a. 点击{介电温度特性}窗口中的【编辑温度程序】,则自动打开《AI8108P温度程序编写》窗体。

b. 点击【从仪表调入】,调入仪表中现存的温度程序,在表格中显示每段的“开始温度”、“段时间”、“速率”和“结束温度”。

c. 可以选中某一段进行修改,在设置窗口中显示该段的{开始温度}、{结束温度}、{段时间}和{速率},除第一段外,{开始温度}不可修改,在相应的文本框中进行修改,完成后点击【修改段】完成段数据的输入.d. 点击【写入仪表】,把参数写入AI808P温度控制器。

e. 点击【返回主程序】,返回介电测量主程序;如要退出整个程序,点击【退出测量整个测量程序】,或者关闭编辑程序窗口。

(4)检查Fluke公司的PM6306 RCL表面板上的数显器,查看所显示的电路是否是通路,观察电容及介电损耗(D)是否正常。

如果D < 5 %,则正常,可进行测量。

(5)打开液氮注入口,插上液氮漏斗。

将液氮顺漏斗注入样品室的储备瓶内,待样品室液位指示灯的蓝灯亮,必须停止注入。

打开控制器面板上的【蒸发器控制】开关,则将样品室逐渐降温至-60 ºC(大约80分钟)。

(6)开始测量:a. 点击{介电温度特性}窗口中的【开始测量】。

b. 如温度程序已编制好,可以按AI808P面板上的【RUN】键5秒,开始程序升温,并打开【加热器控制】开关(拨上档),仪器自动记录介电温度特性数据。

c. 设定的温度程序完成后,点击【结束测量】,程序提示输入文件名,保存测量数据。

d. 测量结束后,点击{文件}菜单下的【退出】,退出测量程序。

e. 如出现异常,需要关闭程序温度时,按AI808P的【STOP】键数秒,结束温度程序。

f. 如果中途出现故障程序被迫中断,请将C:盘根目录的“~CDT.tmp”文件备份,然后重新启动【介电测量程序】,点击【异常中断继续】继续测量。

五、实验数据与处理1.用计算机画出以Ti为体心的晶胞的四方钛酸钡(BaTiO3)的结构图,打印出来。

2.在Sma4Win软件中作介电常数(y轴)- 温度(x轴)关系图,再粘贴在Word中处理,在图中标明立方-四方(居里温度)、四方-正交相变点,并打印出来。

3.用居里-外斯定律拟合居里温度以上(立方相)的介电常数倒数- 温度关系,计算居里-外斯温度(T0)值。

六、注意事项1.介电常数测量时,一定注意将电压调小至0.01 MV/m,切记勿在高压下测量。

2.注入液氮时,注意安全,避免冻伤。

七、思考题1.四方钛酸钡具有怎样的结构?2.钛酸钡的介电常数随温度怎样变化?。

相关文档
最新文档