材料物理-材料的介电性能.ppt

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1、材料的介电性能材料的所有性能，都取决于原子和电子的排布状态。如果外界环境波动得足够剧烈，会扰动材料内部原子或者电子的排布。1、施加电压，导电材料内部的电子会发生定向迁移。问题的引入施加电压，导电材料内部的电子会发生定向迁移问题的引入施加拉应力，材料会发生塑性变形或者断裂问题的引入●电阻率导体：ρ＜10-3Ωcm例如：ρCu~10-6Ωcm半导体：10-2Ωcm＜ρ＜109ΩcmρGe=0.2Ωcm绝缘体：ρ＞109Ωcm问题的引入如果给绝缘体施加电场，绝缘体内部的电子会不会重新排布？问题的引入如果施加的压力（应变场）或者温度（温度场）呢？1、介电材料在电场中的

2、极化2、介电材料在其它环境中的极化3、极化机制4、介电材料的应用1、介电材料在电场中的极化介电材料（dielectricmaterial）从英文词意，di-有二的意思，可以理解为在外加条件下，具有两个电荷中心的材料。当然，除了外加电场外，温度场、应力场都会导致电荷中心一分为二-----极化。2、介电材料在其它环境中的极化应变场中的极化------压电效应采用直径为2.5毫米，高度为4毫米的压电陶瓷，就可得到10～20千伏的高电压。2、介电材料在其它环境中的极化在完全黑暗的环境中，将一块干燥的冰糖用榔头敲碎，可以看到冰糖在破碎的一瞬间，发出暗淡的蓝色闪光，这是强

3、电场放电所产生的闪光，产生闪光的机理是晶体的压电效应应变场中的极化------压电效应2、介电材料在其它环境中的极化压电效应：某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象。当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。FF＋＋＋＋＋＋－－－－－－应变场中的极化------压电效应2、介电材料在其它环境中的极化逆压电效应：当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失的现象。电能机械能正压电效应逆压电效

4、应应变场中的极化------压电效应2、介电材料在其它环境中的极化应变场中的极化------压电效应2、介电材料在其它环境中的极化电荷对称分布应变场中的极化------压电效应2、介电材料在其它环境中的极化电荷分布不对称应变场中的极化------压电效应2、介电材料在其它环境中的极化应变场中的极化------压电效应2、介电材料在其它环境中的极化温度场中的极化------热电效应有极分子（Polarmolecule）在无外场作用下存在固有电矩例如，H2OHclCOSO2因无序排列对外不呈现电性。电子云的正电中心电介质+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–

5、+–+–+–+–+–无外场时，电偶极子杂乱无章的排列+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–外场存在时，电偶极子沿外场排列+–+–+––+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–+–极化面电荷取向极化3、极化机制电子位移极化无极分子（Nonpolarmolecule）在无外场作用下整个分子无电矩。例如，CO2H2N2O2He无极分子，正负电荷中心重合在外场的作用下，二者分离，形成电偶极子–––––+++++–––––+++++–––––+++++++++––––+–极化面电荷束缚电荷3、极化机制离子位移极化离子在电场作用下偏移平衡位置

6、的移动;也可以理解为离子晶体在电场作用下离子间的键合被拉长,例如碱卤化物晶体就是如此。由于离子质量远高于电子质量,因此极化建立的时间也较电子慢,大约为10-12～10-13s。3、极化机制电子弛豫极化由于晶格的热振动、晶格缺陷、杂质引入、化学成分局部改变等因素。使得在局部范围内出现导带，这样一来，电子可在局部范围内发生迁移。带隙空带非导体3、极化机制离子弛豫极化在完整离子晶体中,离子处于正常结点,能量最低最稳定,它们在极化状态时,只能产生弹性位移,离子仍处于平衡位置附近。而在玻璃态物质中,结构松散的离子晶体或晶体中的杂质或缺陷区域,离子自身能量较高,易于活化迁

7、移,可以从一平衡位置移动到另一平衡位置。3、极化机制空间电荷极化对金属来说，电子被所以原子个共有，所以溶质原子、晶界等缺陷不会引起净电荷。对于离子晶体，各种缺陷会引起局部区域的净电荷。3、极化机制空间电荷极化离子晶体的晶界、位错等缺陷处存在空间电荷。这些混乱分布的空间电荷,在外电场作用下,趋向于有序化,即荷空间电荷的正、负电荷质点分别向外电场的负、正极方向移动,从而表现为极化。电子极化最灵敏，只要稍有风吹草动，就会做出响应3、极化机制极化得太过分—电介质击穿在强电场作用下，电介质丧失电绝缘能力，电介质的电导突然增大甚至引起结构损坏或破碎，称为介电击穿。①热击穿

8、②电击穿③化学击穿3、极化机制①热击穿