材料的介电性能幻灯片

材料 二氧化硅玻璃
金刚石 -SiC 多晶ZnS 聚乙烯 聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 钛酸钡 刚玉
频率范围/Hz 102-1010 直流 直流 直流 60 60 60 106 60
相对介电常数 6.78 6.6 9.70 8.7 2.28 6.0 6.5 6000 9
介电材料：放在平板电容器中增加电容的材料
在物理阻碍：晶界，相界， 自由表面，缺陷等处，自由电 荷积聚就可形成空间电荷极化。 在夹层、气泡处形成的称为界 面极化。
特点： ➢反应时间很长，几秒到数十分钟； ➢随温度升高而减弱； ➢存在于结构不均匀的陶瓷电介质中； ➢非弹性极化；
（4）转向极化
存在固有偶极矩，无外电场时，混乱排列，使总极矩 =0，有外电场作用时，偶极转向，成定向排列，从而 产生介质极化。
d
02
3kT
为无外电场时的均方偶极矩。
特点： ①非弹性的，不可逆； ②形成极化时间较长； ③温度对介电常数有很大影响。
（5) 空间电荷极化
非均匀介质中，正负离子 分别向负、正极移动，产生电 偶极矩，即空间电荷极化，在 电极附近积聚的就是空间电荷。
外电场作用下，负离子和正离子相对于它们的正常位置发
生位移，形成一个感生偶极矩。
➢ ①反应时间为10-13S
➢ ②可逆;
➢ ③温度升高，极化增强；
➢ ④产生于离子结构电介质中
离子位移极化率：
a
a3 4
n1
0
式中：a为晶格常数；n为电子层斥力指数， 对于离子晶体n
为7-11
（3）驰豫极化
外加电场作用于弱束缚荷电粒子造成，与带 电质点的热运动密切相关。热运动使这些质点 分布混乱，而电场使它们有序分布，平衡时建 立了极化状态。为非可逆过程。
平行板电容器在真空： C0 VQ0A/d
在平行板电容器间放置某些材料，会使电容器存储电荷的能力增加，C>C0
CrC 0r0A/d
真空介电常数：ε0 相对介电常数：εr
=8.85×10-12 F.
r
C C0
0
m-1(法拉/米)
介电常数（电容率）： =0r(F/m) 介电常数是描述某种材料放入电容器中增加电容器存储电荷能力的物理量。
电子驰豫极化
由于晶格的热运动，晶格缺陷，杂质引入，化学 成分局部改变等因素，使电子能态发生改变，导 致位于禁带中的局部能级中出现弱束缚电子，在 热运动和电场作用下建立相应的极化状态。
不可逆；反应时间为10-9－10-2S；产生于Nb、 Bi、Ti为基的氧化物陶瓷中，随温度升高变化有 极大值。
离子驰豫极化：
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）
非极性分子电介质：CH4;He 电极化强度（P） ：电解质极化程度的量度 （C/m2）.
弱联系离子：在玻璃状态的物质、结构松散 的离子晶体、晶体中的杂质或缺陷区域，离子自 身能量较高，易于活化迁移，这些离子称为弱联 系离子。由弱联系离子在电场和热作用下建立的 极化为离子弛豫极化。
不可逆；反应时间为 10-5－10-2S；随温度 变化有极大值。
a T
q2 2
12 k T
Ta极化率 ；q为离子荷电量； δ为弱离子电场作用下的迁移；
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。
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。
6.1 介质的极化与损耗
6.1.1 介质极化相关物理量 电容 ：两个临近导体加上电压后存储
电荷能力的量度。是表征电容器容 纳电荷的本领的物理量
电容的单位是法拉，简称法，符号是F, 毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF) 和皮
法(pF)
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
随着电子技术、激光、红外、声学以及其它新技 术的出现和发展，电介质已远不是仅作绝缘材料来 应用了。特别是极性电介质的出现和被广泛应用、 使得人们对电介质的理解及其范畴和过去大不相同 。
以绝缘体的四大参数为主要内容也逐步演变为以研 究物质内部电极化过程。
固态电介质分布很广，而且往往具有许多可供利用 的性质。例如电致伸缩、压电性、热释电性、铁电 性等，从而引起了广泛的研究。实际上，这些性质 是与晶体的内在结构、其中的束缚原子(或离子)以及 束缚电子的运动等都有密切的关系。现在，固态电 介质物理与固体物理、晶体光学有着许多交迭的领 域。特别是在激光出现以后，研究晶态电介质与激 光的相互作用又构成为固态激光光谱学、固态非线 性光学。
材料的介电性能幻 灯片
材料的介电性能
引言
在人类对电认识和应用的开始阶段，电介质材料 就问世了。然而，当时的电介质仅作为分隔电流的 绝缘材料来应用。为了改进电绝缘材料的性能，以 适应日益发展的电气工程和无线电工程的需要，围 绕不同的电介质在不同频率、不同场强的电场作用 下所出现的现象进行科学研究，并总是以绝缘体的 介电常数、损耗、电导和击穿等所谓四大参数为其 主要内容。
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
6.1.2 极化类型
电子位移极化，离子位移极化，转向极化 ，空间电荷极化，分别对应电子、原子、 分子和空间电荷情况。
• 位移极化，由电子或离子位移 产生电偶极矩而产生的极化。分 为电子位移极化和离子位移极化 。
（1）电子位移极化
材料对位移，中性分就变成偶极子。
➢ ①这种极化可以在光频下进行，10-15s；
➢ ②弹性，可逆； ➢ ③与温度无关； ➢ ④产生于所有材料中；
e
4 3
0R3
电子极化率的大小与原子(离子)的半径有关
- +-
-
E
d
- - +-
（2）离子位移极化：