介电材料最终版资料.pptVIP

一、介电材料 主要用途 介电材料 具有很高的电阻系数，主要的应用是作为电的绝缘体与电容器。 绝缘体：用来隔绝电荷在电路中的传导，如高压输电方面用的陶瓷碍子（bell） 电容器：用来储存从电路中接收到的电荷的电子元件。 电介质的极化有3种主要基本过程，即: 材料中原子核外电子云畸变产生的电子极化； 分子中正、负离子相对位移造成的离子极化; 分子固有电矩在外电场作用下转动导致的转向极化。 * * * * * * ——顾文斌 电介质功能材料 介电材料 铁电材料 压电材料 敏感电介质材料 电功能材料 电导体功能材料 导电材料 快离子导体 电阻材料 超导电体 一、介电材料 通常所说的电现象都是以材料中存在的电子、离子和空穴等载流子在电场作用下产生长程迁移而形成的。与此不同，存在另一类材料，即所谓的介电材料，它们是绝缘体，并不存在其中载流子在电场作用下的长程迁移，但仍然有电现象。这种电现象的产生，是因为材料中也存在荷电粒子，尽管这些荷电粒子被束缚在固定的位置上，但可以发生微小移动。这种微小移动起因于材料中束缚的电荷，在电场作用下，正负束缚的电荷重心不再重合，从而引起电极化，如此将电荷作用传递开来。 可以说，介电材料的电学性质是通过外界作用，其中包括电场、应力、温度等来实现的，相应形成介电晶体、压电晶体、热释电晶体和铁电晶体，并且依次后者属于前者的大类，其共性是在外力作用下产生极化。这几类材料的属于关系如右图所示。 1.1 介电材料（电介质） 介电材料又称电介质，是以电极化为特征的材料，是电的绝缘材料。 分类：气体、液体、固体三大类。 气体：天然电介质：空气 非极性电介质：N2, He, O2, H2, CH4等 极性电介质：HCl, NO 液体：非极性：苯，CCl4 弱极性：汽油，煤油，变压器油 极性：乙醇，水 固体：非极性：金刚石、硫磺，聚四氟乙烯 极性：晶体，聚氯乙烯 极化(polarization) 1、在电场作用下，电介质中束缚着的电荷发生位移或者极性按电场方向转动的现象，称为电介质的极化。 2、自发极化： 在没有外电场作用时，晶体中存在着由于电偶极子的有序排列而产生的极化，称为自发极化。 在垂直于极化轴的表面上，单位面积的自发极化电荷量称为自发极化强度。 单位面积的极化电荷量称为极化强度，它是一个矢量，用P表示，其单位为C/m2。 3、介电常数： 表征材料极化并储存电荷能力的物理量称为介电常数，用ε表示，无量纲。 介电材料的特征值 电极化：在电场作用下分子中正负电荷中心发生相对位移而产生电偶极矩的现象 在电场作用下，介电材料产生电偶极矩μ α为分子极化率 电场E 1.2 电极化现象 介电材料本身不荷电荷，但将其置于电场中，在其体积内部和表面会感应出一定量的电荷。这种现象称作电极化现象。这种极化现象可以分为4类，如右图所示。 电子极化：任何材料都是由原子和分子或离子构成的。原子可以看作是由荷正电荷原子实和其外荷负电的电子云所构成的。无电场时，原子时的正电重心和电子云的负电重心是重合在一起的。在电场存在时，正电重心和负电重心发生轻微错位，形成的极化称作电子极化。 偶极子极化：由偶极分子结合成的共价化合物，偶极子在无电场时是随机取向的，但在电场作用下，偶极子沿电场方向取向，产生的电极化称作偶极极化。 离子极化：离子化合物是由正负离子按照一定堆积方式形成的，正负离子之间依靠静电引力形成离子键。离子晶体中，正负离子没有平动和转动，只有振动，粒子间距离虽有微动，但其方向和大小都是随机的。因此，整体上正电和负电重心是重合在一起的，保持电中性。在电场作用下，正、负离子分别沿着不同电场方向取向，趋向于与外电场一致的方向，产生的极化称作离子极化。 极化强度P：介电材料的极化强度是单位体积内电偶极矩的矢量和 极化效应的大小通常用单位体积内的电偶极矩或其介质表面的极化电荷密度来衡量，称作电极化强度P，相应电场强度为E，那么有： P=αE 式中α定义为介电晶体的电极化率，决定于介电物质的本质。电极化率可以分解为电子极化率αe、离子极化率αi、偶极极化率αd，总极化率α是它们的总和： α=αe+αi+αd 这3种极化作用并非在任何类型的介电材料中都等额地存在。在一种类型的材料中，往往只有一种或二种极化起主导地位。一般说来，电子极化存在