.电介质材料ppt课件

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。
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”。]
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。
有机薄膜电容器的时间常数约为106 MΩ.uF。
主要缺点是: 热胀系数大，并且在温度变化后产生不可逆形变，从而产生了不可
逆的电容量变化，电容量的温度系数一般为负值。介电常数低， ε≈2～2.5。比率电容量为纸介电容器的1/4-1/2。此外，机械强度较 差。常见的非极性有机电介质有聚苯己烯、聚乙烯、聚丙烯和聚四氟 乙烯等。
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。
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：
pl
1
f
x源自文库
x
f 1
1
f
x
f 1
1
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:
§ 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。
§ 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。
§ 6-1 电容器介质材料
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。
§ 6-1 电容器介质材料
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。
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。
电介质材料主要分为两类 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。
ps
1
x
f s
f 1 xy f
f s
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，
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。
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。