文档介绍：4. 材料的介电性 电介质概述
一、电介质的定义
电介质的本质特征是以极化的方式传递、存储或记录电场的作用和影响,介电常数是表征电介质的最基本的参量。
陶瓷的介电性能决定于感应极化的产生及其随时间的建立过程,而介电常数随频率和温度的变化是决定电介质应用的重要因素。
在讨论电介质的极化时,通常针对各向同性线性均匀电介质在电场中的行为。
所说的均匀是指电介质的性质不随空间坐标发生变化,
所说的各向同性是指电介质的参数不随场量的方向发生变化,
线性是指电介质的参数不随场量的数值发生变化。
4. 材料的介电性 电介质概述
4. 材料的介电性 电介质概述
二、电介质材料
高频电容器陶瓷(即I类介质陶瓷)和微波介质陶瓷,通常都是线性电介质。
而铁电体(铁电陶瓷)则表现出电学非线性,通常称为非线性电介质。
单晶材料为各向异性电介质,陶瓷材料通常被视为各向同性电介质,但经极化处理后的压电陶瓷则表现出各向异性。
各向异性电介质通常用张量来描述其物理性质。
4. 材料的介电性 电介质的极化
一、电介质的极化定义
导体中的自由电荷在电场作用下定向运动,形成传导电流。但在电介质中,原子、分子或离子中的正负电荷则以共价键或离子键的形式被相互强烈地束缚着,通常称为束缚电荷。
注意:铁电体中自发极化的产生是不需要外加电场诱导的,完全是由特殊晶体结构诱发的。
在电场作用下,正、负束缚电荷只能在微观尺度上作相对位移,不能作定向运动。正负束缚电荷间的相对偏移,产生感应偶极矩。在外电场作用下, 电介质内部感生偶极矩的现象,称为电介质的极化。
电介质在电场作用下的极化程度用极化强度矢量P表示,极化强度P是电介质单位体积内的感生偶极矩,可表示为:
极化强度的单位为库仑/米2 (C/m2)
宏观上无限小微观上无限大的体积元
每个分子的电偶极矩
4. 材料的介电性 电介质的极化
电介质物理
电介质的极化
电介质
非极性电介质:
极性电介质:
离子性电介质:
单原子分子(He,Ne,Ar等)
相同原子组成的分子(H2,N2,Cl2等)
对称结构的多原子分子(H2n+2等)
弱极性电介质,μ0≤
中极性电介质, <μ0<
强极性电介质,μ0>
石英,云母,金红石型离子晶体
玻璃陶瓷
其他无机电介质
一般具有对称的化学结构,介电常数εr=2~5,体电阻率ρv=1014~1016Ω·m化学惰性,性能稳定
化学结构不对称,介电常数εr=~80,体电阻率高于非极性电介质
介电常数较大,较高的机械强度
按正负电荷和分布特性可分为
无外电场作用时,由正负电荷中心重合,电偶极矩为零的分子组成
无外电场作用时,由正负电荷中心不重合,具有固有偶极矩的分子组成
通常由正负离子组成
说明:
P = 0 ,真空中无电介质。
P = 0 ,导体内不存在电偶极子。
注意: 介质极化也有均匀极化与非均匀极化之分。
3. 电偶极子排列的有序程度反映了介质被极化的程度,排列愈有序说明极化愈烈
4. 材料的介电性 电介质的极化
4. 材料的介电性 电介质的极化
二、极化类型
弹性位移极化
(瞬时极化)
取向极化
(弛豫极化)
电子位移极化(Electronic Polarizability)
Response is fast, τ is small
离子位移极化(Ionic Polarizability)
Response is slower
偶极子取向极化(Dipolar Polarizability)
Response is still slower
空间电荷极化(Space Charge Polarizability)
Response is quite slow, τ is large
4. 材料的介电性 电介质的极化