.电介质材料解读
《电介质材料》课件
热稳定性与热导率是衡量电介质材料在高温下稳定性和导热性能的物理量。
详细描述
热稳定性是指电介质材料在高温下保持其结构和性能稳定的能力。热导率则反映了材料在加热过程中热量传递的 能力。热稳定性越高、热导率越小，说明电介质材料在高温下的性能越稳定。
机械性能与硬度
要点一
总结词
机械性能与硬度是衡量电介质材料在机械力作用下强度和 硬度的物理量。
通过刻蚀、光刻等技术制 备电介质材料的表面微纳 结构，提高其介电性能和 机械性能。
CHAPTER
05
电介质材料的应用案例
电力系统的电介质材料
总结词
在电力系统中，电介质材料发挥着至 关重要的作用，主要用于绝缘和支撑 。
详细描述
电介质材料在电力系统中主要用于绝 缘和支撑，如变压器、电缆、绝缘子 等。它们能够承受高电压和电流，保 证电力传输的安全性和稳定性。
VS
详细描述
电介质材料是指在电场作用下不导电或导 电能力非常微弱的物质，通常具有较高的 绝缘电阻和介电常数。根据其性质和应用 ，电介质材料可以分为绝缘体、半导体和 电解质等类型。
电介质材料的性质与特点
总结词
电介质材料具有高绝缘性、低导热性、高介电常数等特点，这些性质决定了其在不同领域的应用。
详细描述Βιβλιοθήκη 要点二详细描述机械性能包括弹性模量、抗拉强度、抗压强度等，它们决 定了材料在受力时的表现。硬度则反映了材料表面抵抗被 划伤或刻入的能力，通常用莫氏硬度或维氏硬度来衡量。 机械性能和硬度对于电介质材料的加工和应用具有重要意 义。
CHAPTER
03
电介质材料的电学性能
绝缘电阻与介电强度
绝缘电阻
电介质材料在电场作用下的电阻，反 映了电介质对电流的阻碍能力。绝缘 电阻越大，电介质材料的介电性能越 好，能够承受更高的电压。
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
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。
电介质材料的研究与应用
电介质材料的研究与应用电介质材料是一种具有特殊电性质的材料，它们在电场或电压的作用下会产生极化效应，从而具有很多重要的应用。
本文将介绍电介质材料的分类、性质、制备和应用等方面的研究进展。
一、电介质材料的分类电介质材料可以按照它们的材料组成、结构和性质等方面进行分类。
根据材料组成，电介质材料可以分为无机电介质材料和有机电介质材料两大类。
无机电介质材料包括氧化物、氮化物、硅酸盐、玻璃等。
有机电介质材料则包括聚合物、液晶等。
根据结构，电介质材料可分为晶体电介质和非晶体电介质。
晶体电介质以晶格结构为主要特征，不同于晶体的材料系液体电介质和非晶态电介质。
根据性质，电介质材料可分为较为均质的绝缘性和半绝缘性，以及比较易导的低电阻材料。
这些材料根据自身性质可以更好的被应用于电子领域内。
二、电介质材料的性质在应用电介质材料之前，需要了解其基本的物理性质和特性。
电介质材料的性质与材料的组成、微观结构、物理化学性质相关。
在电场作用下，电介质材料内部会产生极化效应。
电介质材料的极化程度与电场强度和材料的电介常数相关。
当电场断开时，电介质材料内部的极化产物会保持在材料中一段时间内。
这种现象被称为电介质材料的介电滞后效应。
电介质材料还具有很高的电阻率和耐电压性能，在电学应用中也往往被使用。
三、电介质材料的制备方法对于不同的电介质材料，其制备方法也存在差异。
一些无机电介质材料的制备方法多是通过固态反应来实现。
例如，氧化铝、氧化钇等材料通过高温方法或水热合成可以形成均质的电介质薄膜。
有机电介质材料的制备方法则多有靠近或涉及化学合成方法。
例如，聚合物材料的合成需要使用聚合反应和后续的交联处理等多个步骤。
四、电介质材料的应用随着电子技术的不断发展，电介质材料在各个方面都有了很重要的应用。
在电子设备中，电介质材料被广泛应用于电容器、震荡器、金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）等电子器件中。
其中，电容器中的电介质材料主要用于储存电荷，起到储能和滤波的作用。
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。
电介质材料的结构与特性研究
电介质材料的结构与特性研究电介质材料是一种重要的材料，广泛应用于电力、通信、电子、航空航天等领域。
它的特性和性能受到材料的结构影响，因此研究电介质材料的结构与特性对于探究其性能及开发新材料具有重要意义。
本文将从材料结构、电介质特性以及研究进展三个方面来探讨电介质材料的结构与特性研究。
一、材料结构电介质材料的结构主要包括分子结构和晶体结构两个方面。
其中，分子结构包括分子的构成、分子的排列方式等；而晶体结构则代表了材料在长程有序性方面的体现。
下面将分别介绍这两个结构方面。
1.分子结构电介质材料的分子结构主要由聚合物材料、小分子有机材料和无机材料三种构成。
其中，聚合物材料主要指的是电介质聚合物，如聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等。
这些聚合物分子的结构是由一些化学基团构成的，不同的基团和不同排列方式，会产生不同的分子结构。
小分子有机材料主要指的是小分子有机化合物，如喹啉、茚三酮、咔唑等。
这些分子的结构也是由一些基团构成的，不同的基团和不同排列方式，也会产生不同的分子结构。
无机材料主要包括陶瓷、氧化物、硅酸盐等。
这些材料的分子结构普遍具有高度的对称性，如氟化钙的分子结构为八面体。
2.晶体结构晶体结构表示了材料在长程有序性方面的特征，是材料固有的结构形态，是材料性能的重要因素。
电介质材料的晶体结构主要包括立方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系、四方晶系、六方晶系等。
例如，常用的氧化铝晶体结构为三方晶系，石英晶体结构为六方晶系。
二、电介质特性电介质材料具有许多特性，如介电常数、介质损耗、极化强度、击穿场强等。
下面将分别介绍这些特性。
1.介电常数介电常数是电介质材料的一种基本特性，表示了电介质在电场作用下的电极化程度大小。
电介质材料的介电常数与分子结构关系密切。
例如，聚乙烯的介电常数较小，而聚苯乙烯的介电常数较大。
2.介质损耗介质损耗是指电介质材料在电场作用下所具有的能量损失。
电介质材料的介质损耗与材料的成分、结构和制备工艺等因素有关。
电介质物理知识点总结
电介质物理知识点总结电介质是一类具有不良导电性能的材料，可用于电容器、绝缘体等应用中。
电介质物理是研究介质在电场作用下的电学性能的科学。
电介质物理是电磁场理论和介质物理学的重要组成部分。
下面我们将对电介质物理的相关知识点进行总结和展开。
1. 电介质的基本性质电介质是一种不良导电性能的材料，通常包括固体、液体和气体。
电介质的主要特点是在外电场作用下会发生极化现象。
极化是指介电极化，即在电场作用下使介质内部出现正负电偶极子的排列现象，从而使介质产生极化电荷。
常见的电介质包括空气、水、玻璃、塑料等。
2. 电介质的极化过程当电介质处于外电场中时，介质内部的正负电荷将发生位移，使介质被极化。
电介质的极化过程可分为定向极化和非定向极化两种类型。
其中，定向极化是指在介质中存在有定向的分子或离子，当外电场作用下，这些分子或离子会按照一定方向排列，这种极化过程被称为定向极化；非定向极化是指介质中的分子或离子并不具有固定的方向排列，当外电场作用下，这些分子或离子将发生不规则的排列，这种极化过程被称为非定向极化。
极化过程使介质产生极化电荷，从而改变了介质的电学性能。
3. 介质极化的类型根据介质极化的不同类型，可以将极化过程分为电子极化、离子极化和取向极化。
电子极化是指在电场的作用下，介质中的电子云将出现位移，从而使整个分子或原子产生极化；离子极化是指在外电场作用下，介质中的阴离子和阳离子将发生位移，产生极化现象；取向极化是指在电场作用下，具有一定取向的分子或离子将产生极化现象。
不同类型的极化过程会影响介质的电学性能。
4. 介质极化与介电常数介质的极化现象将改变介质的电学性能，其中介电常数是一个重要的参数。
介电常数是介质在外电场作用下的电极化能力的体现，介电常数越大，介质的电极化能力越强。
介电常数的大小将影响介质的导电性、电容性等电学性能。
5. 介电损耗介质在外电场作用下会产生能量损耗，这种现象被称为介电损耗。
介电损耗会导致介质内部的吸收能量和产生热量，从而影响介质的电学性能。
电介质材料的研究与应用
电介质材料的研究与应用电介质材料是指能够阻止电流通过的材料。
它们在电路和电器中起到关键作用，如绝缘盖、电容器、电源等。
与金属、半导体等电子器件相比，电介质材料在电磁场方面表现出许多不同的特点。
因此，它们的研究及相关应用也越来越重要。
一、电介质材料的分类常见的电介质材料有很多种，它们可以按照不同的参数分类。
以下是一些可能的分类方法：1.性质分类分子电介质、离子电介质、氧化物电介质、聚合物电介质、无机非氧化物电介质等。
2.用途分类绝缘材料、电容器材料、饱和电压放大器材料、磁芯材料、电子束环材料等。
3.结构分类均匀电介质、非均匀电介质等。
二、电介质材料的研究1.电介质材料的物理特性研究电介质材料的物理特性研究包括电导率、磁化率、电容率等等。
这些研究通常通过实验室条件下的测试进行。
2.电介质材料的微观结构研究电介质材料的微观结构研究可以帮助人们深入了解电介质材料的性质及其影响因素。
目前，一些现代化的技术，如扫描电镜、高分辨率透射电镜、原子力显微镜等，已经被广泛地应用于电介质微观结构的研究。
3.电介质材料的电热特性研究电介质材料的电热特性研究主要涉及介电损耗、温度依赖等。
这些研究可以有效改善电介质对电力信号的传递及其稳定性，从而提高电器设备的效率。
三、电介质材料的应用1.电源电介质材料是电源中不可或缺的组成部分，包括电源的绝缘盖、电容器等。
2.通讯电介质材料的应用也广泛存在于通信领域。
在这里使用电介质材料是因为它们可以阻止电子流失和电焊不稳定的情况。
3.制造业电介质材料可以广泛使用于制造业，包括制垫、包装材料等。
4.医学电介质材料同样也可用于生物医学的领域中，如制作人造声带、人造器官等。
四、电介质材料的未来电介质材料在未来的研究中有着非常重要的地位。
未来可能会开发出新型的电介质材料，如实验室中初步研究的纳米结构材料，其具有更高的介电常数，提供了更好的性能，但是它们还需要进一步的研究来确定其在电介质领域中的应用。
《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
通信材料知识点总结
通信材料知识点总结一、通信材料概述通信材料是指在电子设备、微波器件、天线、雷达、光电子器件等领域中，用于传输、控制和处理信号的材料。
常见的通信材料有铜、铝、金、银、钨等导电金属材料；以及石英、硅等半导体材料。
根据通信材料的特性，将其分为导体材料、电介质材料、磁性材料和光电材料等四类。
二、通信材料的分类1. 导体材料导体材料具有良好的电导率和热导率，常用的导体材料有：- 铜(Cu)- 铝(Al)- 金(Au)- 银(Ag)- 钨(W)2. 电介质材料电介质材料是指电阻率较高、介电常数比较大的材料，常用的电介质材料有：- 氧化铝(Al2O3)- 氧化硅(SiO2)- 石英(SiO2)- 氟化锂(LiF)- 铝氧石英(Al2O3·SiO2)3. 磁性材料磁性材料是指具有磁化特性的材料，常见的磁性材料有：- 铁(Fe)- 镍(Ni)- 钴(Co)- 钡铁氧体(BaFe12O19)- 铝镍钴磁芯合金(AlNiCo)4. 光电材料光电材料是指对光线有特殊的吸收、发射、调制、传输等性质的材料，常见的光电材料有：- 硅(Si)- 硒化铟(In2Se3)- 纳米晶体硅(Si)- 硒化镉(CdSe)- 硫化镉(CdS)三、通信材料的应用通信材料在电子设备、微波器件、天线、雷达、光电子器件等领域中有广泛的应用。
其中，不同种类的通信材料具有不同的特性，可实现不同的功能，如：- 铜等导体材料用于制作射频电缆和微带线等；- 石英等电介质材料用于制作声表面波(SAW)器件和滤波器等；- 铁等磁性材料用于制作电感、磁头、磁芯等；- 硅等光电材料用于制作发光二极管(LED)、激光器、半导体激光器等。
总而言之，通信材料在通信领域中具有非常重要的作用，对现代通信技术的发展起到了不可替代的作用。
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。
电介质材料的基本性质与应用发展
电介质材料的基本性质与应用发展电介质材料是一种特殊的材料，在电气领域中有着广泛的应用，例如，电容器、绝缘材料、电气绝缘、介电谐振器等。
因此，电介质材料的性质和应用发展是一个重要的话题。
1. 电介质材料概述电介质材料是指在电场中不导电的材料，在物理上把电介质材料称为“绝缘体”，是电子器件、电路和电力设备中必不可少的部分。
电介质材料常用于存储电能，这主要是由于电介质的高介电常数所致。
介电常数是物质在电场中电容率和真实电容率的比值，介电常数越高，可以储存的电荷就越多，可以蓄电的能量也越大。
在电容器中使用电介质材料，可以增加电容器的存储能力。
2. 电介质材料的性质2.1 介电常数介电常数，也叫相对电容率，是指物质在电场中的电容率相对于自由空气电容率的比值。
介电常数越大，表示材料中存储电荷的能力越强。
不同材料的介电常数不同，具体数值可以在物理实验中进行测定。
2.2 介电损耗介电损耗是指在电介质材料中因为内部摩擦导致的能量损耗。
介电损耗通常表现在电磁波传输、电容器储存能量等方面。
因此，降低介电损耗是很多电介质材料的重要目标。
2.3 界面状态、环境温度和湿度电介质材料的界面性对电性能有着重要的影响。
例如，介质表面的污垢和空气湿度等，均会对介质的电性能产生影响。
在电介质材料的质保期限内，要尽量降低其受环境因素影响的可能性，以保证其功能的可靠性和长寿命。
3. 电介质材料的应用发展电介质材料在电气工程中有广泛的应用，如高电场绝缘材料、低电压大容量电容器、介质谐振器和介质检波器等。
现如今，随着电子技术的高速发展，人们对电介质材料的要求也越来越高。
一方面，要求电介质材料具有更高的介电常数和更低的介电损耗；另一方面，要求它们有更长的使用寿命、更高的耐高温性能和较好的化学稳定性。
3.1 低损耗电介质材料低损耗电介质材料是指介电损耗较低的电介质材料。
为了达到更高的电容率，制造低损耗电介质材料的研究成为电介质材料领域的一项重要任务。
第六章 电介质材料1
28
介质损耗的一些基本概念
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1、介质损耗 什么是介质损耗：绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应， 在其内部引起的能量损耗。也叫介质损失，简称介损。 2、介质损耗角δ 在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角(功率因数角Φ) 的余角(δ)。 简称介损角。 3、介质损耗正切值tgδ 又称介质损耗因数，是指介质损耗角正切值，简称介损角正切。介质损耗因数的定 义如下: 介质损耗因数(tgδ)=(被测试品的有功功率P)/(被测试品的无功功率Q)×100% 如果取得试品的电流相量 和电压相量 ，则可以得到如下相量图：
一对晶格空位的定向
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(5). 空间电荷极化 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； 在障碍处，自由电子积聚，形成空间电荷极化，一般 为高压式极化。 -
P
+ + + +
-
+ + + +
-
+ + + +
外电场
16
在外电场中的电介质分子
2 热击穿
热击穿的本质：
处于电场中的介质，由于介质损耗而受热；
当外加电压足够高时，散热和发热从平衡状态转入非 平衡状态，介质的温度将越来越高，直至出现永久性 23 破坏。
电击穿
固体介质电击穿的碰撞电离理论： 在强电场作用下，固体导带中可能因冷或热发射存在 一些电子，这些电子被加速，获得动能； 高速电子与晶格振动相互作用，把能量传递给晶格； 上述两个过程在一定温度和场强下平衡时，固体介质 有稳定的电导； 当电子从电场中获得能量大于传递给晶格振动能量时， 电子动能越来越大； 大到一定值，电子与晶格振动的相互作用导致电离产 生新电子，使电子数目迅速增加，电导进入不稳定状态， 24 发生击穿。
电介质材料压电热释电铁电介质材料
剩余极化强度
剩余伸长 (c)极化处理后
电极
－－－－－ ＋＋＋＋＋
极化方向
－－－－－ 电极 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
自由电荷 束缚电荷
陶瓷片内束缚电荷与电极上吸附
旳自由电荷示意图
22
假如在陶瓷片上加一种与极化方向平行旳压力F， 如图，陶瓷片将产生压缩形变（图中虚线），片内旳正、 负束缚电荷之间旳距离变小，极化强度也变小。所以， 原来吸附在电极上旳自由电荷，有一部分被释放，而出 现放电荷现象。当压力撤消后，陶瓷片恢复原状(这是 一种膨胀过程)，片内旳正、负电荷之间旳距离变大， 极化强度也变大，所以电极上又吸附一部分自由电荷而 出现充电现象。这种由机械效应转变为电效应，就是正 压电效应。
早在 1984 年，美国科学家将 PVDF 薄片安顿在生物体上，以生 物体呼吸时肋骨伸张运动所产生旳能量作为研究基础，将生物体 运动时产生旳能量转换为电能，驱动外部设备。压电式发电器装 置固定在狗肋骨上，利用狗旳自然呼吸可产生 18V 电压，能量 17uW。优化 PVDF 压电换能元件形状，同步设计更适合贴在动物 肋骨上旳辅助设备，最终测试发觉输出能量能够到达1mW。
十八世纪初，荷兰商人将这种电气石引入欧洲，被称为锡兰磁石。
1756年，德国物理学家 Aepinus（电容器发明者）研究电气石产生 电旳行为，第一次观察到温度变化引起旳电极化现象。
1824 年，苏格兰物理学家 D.Brewster将这种产生电旳行为称为热电 性。1817 年，法国矿物学家 RenéJust Heuy 第一次提到了压电效应。
1947 年美国旳 Roberts 发觉了钛酸钡（BaTiO3）旳压电性，使得 多晶材料得到发展。取得压电性所需旳极性能够经过临时施加电场 旳措施，从一块各项同性旳多晶陶瓷得到。
电介质材料中的电导率与极化关系
电介质材料中的电导率与极化关系电介质材料（Dielectric materials）是指具有高电阻率的材料，其主要特点是在电场作用下能够极化，产生电偶极矩。
在电子行业中，电介质材料被广泛应用于电容器、绝缘体等设备中。
电介质材料中的电导率与极化是两个关键的属性，它们之间存在着密切的联系。
电导率是指电流在单位面积上通过电介质材料的能力。
在理想情况下，电介质材料应该具有极高的电阻率，从而使得电流很难通过。
然而，在现实世界中，电介质材料中总会存在一些杂质或缺陷，这些杂质或缺陷会导致电介质材料的电导率变高。
这种非理想的情况在实际应用中经常发生，因此了解电导率与极化之间的关系，对于电子工程师来说非常重要。
极化是指电介质材料在外电场的作用下，原子或分子内部电荷分布发生改变，从而产生电偶极矩。
当外电场施加在电介质材料上时，其中的正负电荷将会产生偏移，并在材料内部形成一个电场，这就是极化现象。
根据材料的不同极化性质，电介质材料可分为电容极化、取向极化和离子极化等。
电导率与极化之间的关系可以通过极化强度来描述。
极化强度是指电介质材料中形成的电偶极矩的大小，它与外电场的强度有关。
当外电场强度增加时，极化强度也会随之增加，从而导致电介质材料的电导率增加。
这是因为极化强度增加意味着电介质材料内部电荷的分离程度加深，从而电流更容易在材料中传导。
另一方面，电导率与极化之间的关系还与材料本身的性质密切相关。
一些电介质材料，如氧化铝和陶瓷等，由于其内部晶格结构的特殊性质，具有较高的电导率。
而对于一些高性能电介质材料，如聚酰亚胺膜（Polyimide）等，其内部分子结构较为复杂，因此其电导率相对较低。
除了电导率与极化之间的关系，电介质材料中还存在着电介质弛豫（Dielectric relaxation）现象。
电介质弛豫是指在外电场的作用下，电介质材料内部电偶极矩的方向不断变化，从而产生电流。
这种电流是由于电偶极矩在外电场中不断重新定向导致的，因此被称为电介质弛豫电流。
电介质材料的制备及其应用分析
电介质材料的制备及其应用分析电介质材料是电子产品中常用的一种材料。
在现代电子技术中，电介质材料有着非常广泛的应用，例如在电容器、绝缘材料等方面都有着不可或缺的作用。
本文将从电介质材料的制备及其应用两个方面来进行分析。
一、电介质材料的制备电介质材料的制备通常需要经过多个步骤来完成。
制备过程中需要先选择合适的基础材料，在此基础上进行表面处理和改性，然后再进行压制、成型等工艺，最终形成成品。
下面将从这些方面来分别介绍电介质材料的制备。
1. 基础材料的选择电介质材料的基础材料有很多，例如氧化铝、聚苯乙烯、聚氨酯等。
制备过程中需要结合具体的使用场景和材料的性能来选择合适的基础材料。
例如对于需要经常承受高温和高压力的电子元件来说，就需要选择高温高压力下能够保持稳定性能的基础材料。
2. 表面处理和改性在选择好基础材料之后，需要对其进行表面处理和改性。
表面处理的目的是使材料表面具有一定的粘附性，能够更好地与其他材料进行结合。
改性则是通过物料结构与组成的改变来提高材料的性能。
例如对聚氨酯材料进行改性，可以提高其耐热性和耐腐蚀性。
3. 压制、成型进行表面处理和改性之后，需要进行压制、成型等工艺，以便将材料进行成品制造。
这个过程可以使用多种工艺，例如注塑、挤出、压延等。
不同的工艺对于不同的基础材料和产品需要有不同的工艺选择，以保证成品的生产效率和质量。
二、电介质材料的应用分析电介质材料有着广泛的应用场景，在电子元件制造、高速通讯、新能源等领域都有其独特的应用。
在下文中，将分别对这些领域对电介质材料的应用进行介绍。
1. 电子元件制造电介质材料是电子元器件中常用的材料之一。
例如在电容器、电感器等电子元件中，电介质材料可以起到很好的绝缘和电容效果，提高电子元件的稳定性和耐用性。
同时由于电介质材料还可以根据具体应用场景进行自定义改性，因此也会有更多的新颖应用。
2. 高速通讯在高速通讯领域中，电介质材料也有着很重要的作用。
例如在光纤通讯中，电介质材料可以用作高温高压的纤维材料，以帮助传输光信号。
电介质材料(压电与铁电材料1)
Xiong Zhengye
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。 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。 Guangdong Ocean University Xiong Zhengye
Guangdong Ocean University Xiong Zhengye
（4 ） 机械耦合系数：在压电效应中 , 其值等于转 换输出能量（如电能）与输入的能量（如机械能） 之比的平方根 ; 它是衡量压电材料机电能量转换 效率的一个重要参数。
（ 5 ） 电阻：压电材料的绝缘电阻将减少电荷泄漏 , 从而改善压电传感器的低频特性。 （ 6 ） 居里点：压电材料开始丧失压电特性的温度 称为居里点。 （7）机械品质因数：压电振子在谐振时在一周期内 贮存的机械能与损耗的机械能之比。
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石英晶体
石英晶体的外形(a)天然石英晶体； 理想石英晶体坐标系 (b)人工石英晶体；(c)右旋石英晶体 理想外形
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石英晶体俗称水晶，有天然和人工之分。目前 传感器中使用的均是以居里点为573℃，晶体的结构 为六角晶系的α-石英。
加应力不 产生极化
Xiong Zhengye
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式中，εs为固体浸渍料介电常数；y为浸渍料收缩率，通常为( 10-20)%。
§ 6.1.2 有机薄膜电容器介质材料
有机薄膜电容器介质分为非极性（包括弱极性）及极性薄 膜两大类。
非极性主要优点是： 介质损耗很低，比纸介质约低一个数量级。一般具有较高电阻率， 有机薄膜电容器的时间常数约为106 MΩ.uF。
1. 电容器纸的结构和特性
由图6.1.1可见，纸纤维基的原子组成的摩尔分数比 为：O：C：H = 49.39%：44.44%：6.7%。由于每个分 子链上含有三个不相对称的(OH)基，故具有较强的极性。 在交变电场作用下，(OH)基产生转向极化，纤维素介电 系数ε≈6.5-7 ，并伴随着较高的 tanδ值。又由于纸中 有较大气孔率，所以ε<5。
1. 电容器纸的结构和特性
电容器纸为纤维素与气隙交错分布组成，由于空气的ε随温度变化 极小，所以其ε= f(T) 曲线取决于纤维素的作用，即ε值随温度升高 而增大。ε值与频率的关系中，由于空气的ε值与频率几乎无关，故 也只能取决于纤维素的频率特性。空气的 tanδ值极小，电容器纸的 tanδ亦主要由纤维素决定，随着纤维素密度增大而增加。
2. 电容器纸的浸渍
电容器纸中的大量空气隙由于具有较低ε值，并成为 极性基(OH)吸附水分的储存场所，故通常采用真空浸渍 方法（将空气排除而将有机浸渍材料填隙其中）以达到 改性的目的。可供电容器纸浸渍的材料很多，按极性程 度可划分为极性和非极性；按物理状态则可分为液态和 固态等不同类别。极性浸渍材料的介电性能有很大差别， 液态与固态浸渍材料的填充程度有所不同。液体浸渍材 料可填充绝大部分气孔，适用于高压和脉冲电容器中； 固体浸渍材料则可使电容器外部结构简化，甚至无需再 使用外壳，但在固化收缩时会形成部分气隙，一般用于 直流或低压通用电容器中。
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
§ 6.1.1 纸电介质及其浸渍材料
纸电容器是电容器的主要类型之一，使用较早，用 量很大。电容量值及工作电压范围较宽，通常为 470 pF～30uF，63V-1500V，甚至高压纸电容器耐压值高达 30～40kv 。电容器纸以硫酸盐木质纤维素为主要原料， 经抄纸，烘干，压光等工艺制成，要求质地密实，厚 薄均匀。目前国内可生产 4-22um 纸，同国际水平相当。 用特制的电容器纸作为 介质，铝箔或锡箔作为电极 并卷绕成圆柱形，然后接出 引线，再经过浸渍处理，用 外壳封装或环氧树脂灌封而 成。
第六章 电介质材料
§6.1 电容器介质材料
§6.2 铁电材料
§6.3 压电材料与热释电材料
§6.4 微波陶瓷介质材料
§6.5 玻璃电介质材料
§6.6 有机电介质材料
§ 6-1 电容器介质材料
电容器是由两个金属板，中间夹有绝缘材料 (绝缘介质 )构成的。绝缘材料不同，构成电容器 的种类也不同。
§ 6-1 电容器介质材料
绝缘材料 如纸、玻璃、陶瓷、云母、有机薄膜等。
由铝、钽、铌等阀金属表面生成的介电氧化膜等。
（阀金属：铝、铌、钛、钽；阀的意思就是正向导通，反向开路；）
§ 6-1 电容器介质材料
超级电容器是一种高能量密度 的无源储能元件 。 它是根据电化 学双电层理论研制而成的，所以又 称双电层电容器。 在外电场的作用下，由于离子 的迁移形成双电层，或在电解质 / 电极界面产生欠电位沉积等电化学 作用而形成电容效应。 不存在通常所说的“电介质”， 而是由“电解质” [可为液体电解 质，也可为“固体电解质” 或称 为“快离子导体”。]
当在电容的极板上 施加电场以后，由于 电介质的极化过程， 使束缚电荷在两极板 上积累而储存电能， 因此称为电容器。
电容器在电路中具有隔断直流电、通过交流电的作用， 常用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐 ( 选择电 台)等。它是电子设备中不可缺少的基本元件。Biblioteka § 6-1 电容器介质材料
电介质材料主要分为两类
式中，εf、ε1分别为纤维素和液体浸渍料的介电常数；x为纤维素密度系数。
2. 电容器纸的浸渍
当采用固体浸渍料时，因为固化收缩后会留下部分空隙，其等效电路 如图6.1.3(b)所示。这时浸渍纸的总介电常数可表为:
ps f
1 x f 1 xy f f s s
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。
1. 电容器纸的结构和特性 电容器纸由无纺植物纤维素和空气隙交替分布 构成，其密度为1-1.3g/cm3,抗拉强度约1000 kg/cm2， 未浸渍前空气隙体积分数为30%，水分体积分数为 5%～ 7%，灰分体积分数为 0.2%-0.3% 。其主要成 分纤维素为天然高分子物质，分子式（ C6H10O5)n ， 聚合度n>1000。纤维素分子是由β葡萄糖环构成的 长链，相互间由氧桥相连接。其分子结构如图 6.1.1所示。