电介质物理.资料.ppt

电介质物理; 电介质材料的研究与发展成为一个工业领域和学科领域 ,是在 2 0世纪随着电气工业的发展而形成的。 “工程电介质”是随着 20世纪电气化时代的到来而发展形成的一门学科和生产领域 ,它在 21世纪到来之际 ,将随着信息和生物等新兴技术领域的发展会有更广阔的前景。 ;一、2 0世纪电介质学科的发展和贡献 1.电介质学科的起源和对电气工业发展的贡献 2.电介质学科的建立和发展 二、工程电介质发展的热点问题展望 1.传统绝缘电介质的发展 2.功能电介质 3.生物电介质 4.其它工业应用新发展 ; 20世纪初叶的电气设备电压低、电流不很大 ,电机、电线、电缆、开关等设备的绝缘都采用了天然材料 ,如云母、沥青、绝缘纸、矿物油、天然橡胶、大理石板等 ,它们的电气性能如绝缘电阻、耐压等都较低。随着电气设备电压的上升 ,特别是大容量电机及高压输电设备的发展 ,急需提供新型绝缘介质。在2 0世纪中叶 ,化学合成技术飞速发展 ,出现了新型合成高分子材料 ,由于它们一般绝缘性能良好、易加工 ,为新型绝缘介质的发展和应用带来了极好的条件。经过近代的研究和发展 ,聚合物介质已成为各种新绝缘介质的主体 ,如电机中采用的环氧云母和合成纤维纸板作介质并浸渍硅有机漆作主绝缘 ,电线电缆绝缘则由油纸绝缘发展为塑料绝缘。国外塑料电缆产品已达 500 k V，国内达 220 k V,合成的十二烷基苯二芳基烷烃等液体介质和聚丙烯薄膜已作为电力电容器的主绝缘。 ;这些高分子合成材料不仅绝缘强度高、加工性能好 ,而且经过组成、结构的改变 ,还能提高其耐热、阻燃、耐油等特性 ,这大大促进了电气工业产品性能的提高和发展 ,如电机绝缘由Y(0 )级、A级 [耐热 90℃- 105℃ ,天然棉丝纸绝缘 ],发展到 C级 [耐热 200℃ ,聚酰亚胺绝缘 ],聚乙烯塑料电缆通过采用化学交联或辐照交联 ,耐温也由 75℃提高到 90℃。我国制造电机的容量亦由 50年代的 6千千瓦发展到自制 6 0万千瓦 ,电能原是少数大城市使用的稀缺能源 ,目前已成为城、乡村、工、农业、人民生活不可缺少的能源。应该说绝缘介质的发展为世界各国电气化事业作出了重要的贡献。 back?;国际上电介质学科是在 20世纪 20年代至 30年代形成的 ,具有标志性的事件是 :电气及电子工程师学会 (IEEE)在 1920年开始召开国际绝缘介质会议 ,以后又建立了相应的分会 (IEEE Dielectric andElectrical Insulation Society)。 美国 MIT建立了以 Hippel教授为首的绝缘研究室。苏联列宁格勒工学院建立了电气绝缘与电缆技术专业 ,莫斯科工学院建立了电介质与半导体专业。特别是德国德拜教授在 2 0世纪 3 0年代由于研究了电介质的极化和损耗特性与其分子结构关系获得了诺贝尔奖 ,奠定了电介质物理学科的基础。随着电气和电子工程的发展，形成了研究电介质极化、损耗、电导、击穿为中心内容的电介质物理学科。 back?;我国电介质领域的发展是在 1952年第一个五年计划制定和实行以来 ,电力工业和相应的电工制造业得到迅速发展 , 这些校、院、所首先在我国开展了有关电介质特性的研究和人才的培养 ,并开出了“电介质物理”、“电介质化学”等关键专业课程 ,西安交大与上海交大、哈尔滨工大等院校一道为我国培养了数千名绝缘电介质专业人才 ,促进了我国工程电介质的发展。 80年代初中国电工技术学会又建立了工程电介质专业委员会。 back?; 由于通讯、雷达、电视及计算机工业的发展 ,用电的频率由工频提高到无线电频率 (兆赫 )到光频。 这对介质中的极化损耗的降低提出尖锐的要求。 随着计算机的广泛使用 ,对计算机控制 ,要求必须研究具有多种功能的执行元件。其中大量的是具有电-机械、光电转换的介质器件 ,因而电介质研究领域就从绝缘领域扩展到电子功能器件领域 ,如新型大屏幕彩电就应用了气体介质放电、电致发光、电致液晶等技术。 新型电力电子器件及电气设备中要用到许多新型功能介质材料 ,如 ZnO压敏电阻避雷器、电力电子器件中开拓应用的导热绝缘材料、变压器中绝缘油老化含水检测的传感器件等。至此工程电介质不仅包括绝缘电介质 ,而且包括各种电子功能电介质。;传统绝缘电介质的发展 ;功能电介质 ;功能陶瓷介质 ;功能高分子材料 ;生物电介质 ;其它工业应用新发展 ;电介质的特征;2.能带结构上的区别 ;3.电阻率?V的范围： 导体：10-6 ? ?m 半导体：10-6 ~106 ? ?m 电介质：109~1018 ? ?m（或更高） 4.载流子：导体的载流子为电子；半导体的载流子为电子和空穴；电介质的载流子主要为离子。在传导上，导体为自由电子，而介质则以电极