《介電性能》PPT課件

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1、InnerMongoliaUniversityofTechnologyCollegeofMaterialsScienceandEngineering內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院YanhuaHuEmail:anhua0125@yahoo.com.cn材料的介電性能介電材料，又稱電介質(zhì)，是電的絕緣材料，主要用于制造電容器。3.1電介質(zhì)及其極化1.電容，兩個(gè)鄰近導(dǎo)體加上電壓后具有儲存電荷的能力的度量。C(F)=Q(C)/V(V)表征的是電容器容納電荷的本領(lǐng)。2.介電率及介電常數(shù)（1）材料因素，ε材料在電場中被極化的能力。（2）尺寸因素，d和A，平板間的距離和面積。如果介電介質(zhì)為真空，真空介電

2、常數(shù)：相對介電常數(shù)：3.電介質(zhì)的極化介電材料：放在平板電容器中增加電容的材料電介質(zhì)：在電場作用下能建立極化的物質(zhì)。感應(yīng)電荷（束縛電荷）：在真空平板電容器中嵌入一塊電解質(zhì)加入外電場時(shí)，在整機(jī)附近的介質(zhì)表面感應(yīng)出的負(fù)電荷，負(fù)極板附件的介質(zhì)表面感應(yīng)出的正電荷。-----------++++++++++-----------++++++++++束縛電荷形成新的電場，該電場與外加電場的方向相反---退極化場Ed。宏觀電場：E宏=E0+Ed極化：電介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生束縛電荷的現(xiàn)象。極化電荷：電介質(zhì)在外電場的作用下，在和外電場相垂直的電介質(zhì)表面分別出現(xiàn)正、負(fù)電荷。這些電荷不能自由移動，也不能離開，總保

3、持中性。4.極化的相關(guān)物理量（1）電解質(zhì)的分類：極性分子電解質(zhì)和非極性分子電解質(zhì)----分子的正負(fù)電荷統(tǒng)計(jì)重心是否重合，是否有點(diǎn)偶極子？Q：所含電量；l：正負(fù)電荷重心距離電介質(zhì)在外電場作用下，無極性分子的正負(fù)電荷重心重合將產(chǎn)生分離，產(chǎn)生電偶極矩。據(jù)分子的電結(jié)構(gòu)，電介質(zhì)可分為：極性分子電介質(zhì)：H2O;CO（有）非極性分子電介質(zhì)：CH4;He（2）電極化強(qiáng)度（P）：電解質(zhì)極化程度的量度（C/m2）.P=Σμ/ΔVΣμ：電介質(zhì)中所有電偶極矩的矢量和ΔV：Σμ所有電偶極矩所在空間的體積資料表明，電極化強(qiáng)度和電介質(zhì)所處的實(shí)際有效電場成正比，即P=X0ε0EX0：電極化率ε0：真空介電常數(shù)E：電場強(qiáng)度

4、電解質(zhì)的極化機(jī)制，電介質(zhì)在外加電場作用下的宏觀極化強(qiáng)度，實(shí)際上是電介質(zhì)微觀上各種極化機(jī)制共同作用的結(jié)果：電子極化、離子極化、電偶極子取向極化、空間電荷極化等。實(shí)際電場作用下的電極化強(qiáng)度P可表示為克勞修斯—莫索堤方程:即電介質(zhì)在所有偶極矩的總和，即：P=∑NiūiNi：第i種偶極子數(shù)目；ūi：第i種偶極子平均偶極矩電介質(zhì)在電場中的破壞1.介質(zhì)的擊穿：當(dāng)電場強(qiáng)度超過某一臨界值時(shí)，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，該現(xiàn)象成為介電強(qiáng)度的破壞，或介質(zhì)的擊穿。2.擊穿電場強(qiáng)度：介質(zhì)擊穿時(shí)，相應(yīng)的臨界電場強(qiáng)度稱為介質(zhì)強(qiáng)度，或擊穿電場強(qiáng)度。注，介電強(qiáng)度，一種介電材料在不發(fā)生擊穿或者放電的情況下承受的最大電場。介

5、電強(qiáng)度依賴于材料的厚度，厚度減小，介電強(qiáng)度增加；介電強(qiáng)度還與環(huán)境溫度和氣氛、電極形狀、材料表面狀態(tài)、電場頻率和波形、材料成分和孔隙、晶體各向異性、非晶體結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。電擊穿1.電場強(qiáng)度高時(shí)會形成電流脈沖發(fā)生擊穿，由此產(chǎn)生點(diǎn)坑、孔洞和通道并連通；2.擊穿發(fā)生于材料的表面，通過表面水分或污染雜質(zhì)增加了擊穿的可能性；3.電擊穿是一種集體現(xiàn)象，能量通過其它粒子（例如，已經(jīng)從電場中獲得了足夠能量的電子和離子）傳送到被擊穿的組分中的原理或分子上。壓電性電介質(zhì)作為材料，主要用于電子工程中的絕緣材料、電容器材料和封裝材料—應(yīng)用的是電介質(zhì)的共性性質(zhì)。電介質(zhì)還可用于傳感器、光學(xué)、聲學(xué)、紅外探測等領(lǐng)域—電介質(zhì)

6、的三種特殊性質(zhì)，即壓電性、熱釋電性、鐵電性。正壓電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)1880年，Piere兄弟實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對α-石英單晶體在一定方向上加力，則在力的垂直方向出現(xiàn)正負(fù)束縛電荷—壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的物體—壓電體。正壓電效應(yīng)：是機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的過程即當(dāng)晶體受到一定的機(jī)械力作用時(shí)，一定方向的表面產(chǎn)生數(shù)量相等、符號相反的束縛電荷。作用力反向時(shí)，表面電荷性質(zhì)亦反號。電荷密度大小與所加應(yīng)力的大小成線性關(guān)系。--用于傳感測力逆壓電效應(yīng):當(dāng)晶體在外加電場作用下，晶體的某些方向產(chǎn)生形變或諧振現(xiàn)象，形變與電場強(qiáng)度成正比。電致伸縮：任何電介質(zhì)在外電場作用下，會發(fā)生尺寸變化，產(chǎn)生應(yīng)變。其大小與所加電壓平方成正比。如，電致

7、伸縮陶瓷ＰＺＮ（鋅鈮酸鉛陶瓷）對于一般電介質(zhì)，電致伸縮效應(yīng)所產(chǎn)生的應(yīng)變實(shí)在太小，可以忽略．石英晶體的化學(xué)組成是SiO2，3個(gè)Si原子和6個(gè)O原子位于晶包的格點(diǎn)上。Si4+，O2-。壓電性產(chǎn)生的原因當(dāng)材料受到壓縮應(yīng)力的作用時(shí)，A面Si4+擠入兩個(gè)O2-間，B面O2-擠入兩個(gè)Si4+間。因此，A面出現(xiàn)負(fù)電荷，B面出現(xiàn)正電荷。---縱向壓電效應(yīng)當(dāng)材料受到壓縮應(yīng)力的作用時(shí)，C、D側(cè)的硅離子和氧離子都向內(nèi)移動同樣的距離，因此，C、