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1、第四章材料的介電性能1電導(dǎo)率(electricalconductivity)和電阻率1、電阻率:體積電阻率?V,Ω·m表面電阻率?S,Ω2介電性能(DielectricProperties)3多層陶瓷電容器(MLCC)及其構(gòu)造應(yīng)用:電子整機(jī)產(chǎn)品中的振蕩、耦合、濾波和旁路電路4介質(zhì)的極化電介質(zhì)在交變電場(chǎng)下的行為擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度壓電性鐵電性介電性能的測(cè)量本章主要內(nèi)容:5電介質(zhì)—在電場(chǎng)作用下,能建立極化的物質(zhì)。電介質(zhì)(Dielectrics)極化:電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下發(fā)生正負(fù)電荷中心分離,產(chǎn)生束縛電荷的現(xiàn)象。介質(zhì)的極化介質(zhì)損耗介電強(qiáng)度6介電性能的物理參數(shù)介電常數(shù)、相對(duì)介電常數(shù)真空
2、電容器電容:C0=?0電介質(zhì)電容器電容:C=??r==?0—真空介電常數(shù),8.854?10-12(F/m)A—面積?—介電常數(shù)?r—相對(duì)介電常數(shù)d—電極間距離介電常數(shù)是一個(gè)綜合反映電介質(zhì)極化行為的主要宏觀物理量。7公式:圓片試樣:?r=單位:pF、cm平行板試樣:?r==單位:pF、cm圓管式試樣:?r=相對(duì)重合長度(cm)8TK?==?T0—室溫(25℃)?0、C0—室溫下的介電常數(shù)、電容?、C—測(cè)定溫度下的介電常數(shù)、電容2.介電常數(shù)的溫度系數(shù)實(shí)驗(yàn)方法:93.介質(zhì)損耗損耗角正切tan?=4.介電強(qiáng)度(擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度)EBD=(kV/mm)Breakdown復(fù)介電常數(shù)虛
3、部復(fù)介電常數(shù)實(shí)部10極化強(qiáng)度(Polarizability)P單位體積內(nèi)的電偶極矩總和,宏觀量[C/m2]與面電荷密度單位相同極化率(Polarizability)?單位電場(chǎng)強(qiáng)度下,質(zhì)點(diǎn)電偶極矩的大小表征材料的極化能力,微觀量[法?米2][F?m2]Eloc—局部電場(chǎng)[C?m/(V/m)]11電介質(zhì)極化系數(shù)(電極化率)?[kai]SusceptibilityP=??n=n?Elocn、?一定,引出P=?0?E?—平均電矩E—宏觀平均電場(chǎng)?0—真空介電常數(shù)(8.854?10-12F/m)?=?r-1極化率12極化:在外電場(chǎng)作用下,介質(zhì)內(nèi)質(zhì)點(diǎn)(原子、分子、離子)正負(fù)電荷中
4、心的分離,形成偶極子(Dipole)。電偶極矩13某些材料的介電常數(shù)ε(T=25℃f=106Hz)塑料和有機(jī)物玻璃無機(jī)晶態(tài)材料聚四氟乙烯(Tefton)2.1石英玻璃3.8氧化鋇3.4聚異丁烯2.23耐熱玻璃3.8-3.9云母3.6聚乙烯2.35派勒克斯玻璃4.0-6.0氯化鉀4.75聚苯乙烯2.55堿-石灰-硅石玻璃6.9溴化鉀4.9丁基橡膠2.56高鉛玻璃19.0堇青石陶瓷4.5-5.4有機(jī)玻璃2.63(2MgO·2Al2O33SiO42為基)聚氯乙烯3.3金剛石5.5聚酰胺663.33鎂橄欖石6.22(Mg2SiO4)聚酯3.1-4.0多鋁紅柱石3Al2O36.
5、62SiO2酚甲醛4.75氟化鎳9.0氯丁橡膠6.26氧化鎂9.65金紅石(TiO2)~100鈦酸鋇(BaTiO3)~1700紙7014極化機(jī)制電子極化離子極化偶極子轉(zhuǎn)向極化空間電荷極化15電子位移極化16電子位移極化在電場(chǎng)作用下,電子位移形式偶極矩?*電子位移極化率?e特點(diǎn):彈性、可恢復(fù)、瞬間(10-16-10-14、不消耗能量?*=-ex?*=?eEloc+—Eloc+e-ex17在交變電場(chǎng)下,類似彈性受迫振動(dòng),作用力為電場(chǎng)力、彈性恢復(fù)力恢復(fù)力f=-kxk—彈性恢復(fù)系數(shù)交變電場(chǎng)Eloc(t)=E0ei?t作用下的受迫振動(dòng)電荷-e的運(yùn)動(dòng)方程為:方程的解:m為質(zhì)量(E
6、loc與x方向相反)18偶極矩令當(dāng)??0時(shí)?*=?eE0ei?t電子振動(dòng)的固有振動(dòng)頻率電子位移極化與彈性束縛強(qiáng)弱成反比?<>?0?e?極化跟不上電場(chǎng)變化?=?0?emax共振吸收(存在損耗)?e與頻率的關(guān)系k—彈性恢復(fù)系數(shù)19電子極化率(Polarizability)?e=4pe0R310-40F.m220電子松弛極化電子松弛極化是由弱束縛電子引起的極化晶體中的晶格缺陷(熱缺陷)、雜質(zhì)缺陷、非化學(xué)計(jì)量比的組分缺陷等使電子能態(tài)發(fā)生變化,出現(xiàn)于禁帶中的局部能級(jí)上,形成所謂弱束縛電子。晶體中的色心、陰離子空位是一個(gè)正電中心,能束縛電子,相似于
7、施主能級(jí)。陽離子空位是一個(gè)負(fù)電中心,能束縛空穴,相似于受主能級(jí)。弱束縛電子在外電場(chǎng)作用下,作具有方向性的近(短)程遷移運(yùn)動(dòng),形成一種極化狀態(tài)。近程遷移與電子電導(dǎo)不同;不可逆過程,與電子位移極化不同;消耗能量;t>10-9s特征弱束縛電子:21(a)ANaClchainintheNaClcrystalwithoutanappliedfield.Averageornetdipolemomentperioniszero.(b)Inthepresenceofanappliedfieldtheionsbecomeslightlydisplacedwhichle