《介电性能》PPT课件

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1、InnerMongoliaUniversityofTechnologyCollegeofMaterialsScienceandEngineering内蒙古工业大学材料科学与工程学院YanhuaHuEmail:anhua0125@yahoo.com.cn材料的介电性能介电材料，又称电介质，是电的绝缘材料，主要用于制造电容器。3.1电介质及其极化1.电容，两个邻近导体加上电压后具有储存电荷的能力的度量。C(F)=Q(C)/V(V)表征的是电容器容纳电荷的本领。2.介电率及介电常数（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。如果介电介质为真空，真空介电

2、常数：相对介电常数：3.电介质的极化介电材料：放在平板电容器中增加电容的材料电介质：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。-----------++++++++++-----------++++++++++束缚电荷形成新的电场，该电场与外加电场的方向相反---退极化场Ed。宏观电场：E宏=E0+Ed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

3、持中性。4.极化的相关物理量（1）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？Q：所含电量；l：正负电荷重心距离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。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（2）电极化强度（P）：电解质极化程度的量度（C/m2）.P=Σμ/ΔVΣμ：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资料表明，电极化强度和电介质所处的实际有效电场成正比，即P=X0ε0EX0：电极化率ε0：真空介电常数E：电场强度

4、电解质的极化机制，电介质在外加电场作用下的宏观极化强度，实际上是电介质微观上各种极化机制共同作用的结果：电子极化、离子极化、电偶极子取向极化、空间电荷极化等。实际电场作用下的电极化强度P可表示为克劳修斯—莫索堤方程:即电介质在所有偶极矩的总和，即：P=∑NiūiNi：第i种偶极子数目；ūi：第i种偶极子平均偶极矩电介质在电场中的破坏1.介质的击穿：当电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态，该现象成为介电强度的破坏，或介质的击穿。2.击穿电场强度：介质击穿时，相应的临界电场强度称为介质强度，或击穿电场强度。注，介电强度，一种介电材料在不发生击穿或者放电的情况下承受的最大电场。介

5、电强度依赖于材料的厚度，厚度减小，介电强度增加；介电强度还与环境温度和气氛、电极形状、材料表面状态、电场频率和波形、材料成分和孔隙、晶体各向异性、非晶体结构等因素有关。电击穿1.电场强度高时会形成电流脉冲发生击穿，由此产生点坑、孔洞和通道并连通；2.击穿发生于材料的表面，通过表面水分或污染杂质增加了击穿的可能性；3.电击穿是一种集体现象，能量通过其它粒子（例如，已经从电场中获得了足够能量的电子和离子）传送到被击穿的组分中的原理或分子上。压电性电介质作为材料，主要用于电子工程中的绝缘材料、电容器材料和封装材料—应用的是电介质的共性性质。电介质还可用于传感器、光学、声学、红外探测等领域—电介质

6、的三种特殊性质，即压电性、热释电性、铁电性。正压电效应实验1880年，Piere兄弟实验发现，对α-石英单晶体在一定方向上加力，则在力的垂直方向出现正负束缚电荷—压电效应。具有压电效应的物体—压电体。正压电效应：是机械能转换成电能的过程即当晶体受到一定的机械力作用时，一定方向的表面产生数量相等、符号相反的束缚电荷。作用力反向时，表面电荷性质亦反号。电荷密度大小与所加应力的大小成线性关系。--用于传感测力逆压电效应:当晶体在外加电场作用下，晶体的某些方向产生形变或谐振现象，形变与电场强度成正比。电致伸缩：任何电介质在外电场作用下，会发生尺寸变化，产生应变。其大小与所加电压平方成正比。如，电致

7、伸缩陶瓷ＰＺＮ（锌铌酸铅陶瓷）对于一般电介质，电致伸缩效应所产生的应变实在太小，可以忽略．石英晶体的化学组成是SiO2，3个Si原子和6个O原子位于晶包的格点上。Si4+，O2-。压电性产生的原因当材料受到压缩应力的作用时，A面Si4+挤入两个O2-间，B面O2-挤入两个Si4+间。因此，A面出现负电荷，B面出现正电荷。---纵向压电效应当材料受到压缩应力的作用时，C、D侧的硅离子和氧离子都向内移动同样的距离，因此，C、