什么是介电材料 - 性质及其应用

材料可分为导体、绝缘体和半导体基于它们的导电特性。每一种物质都是由分子构成的，而分子又由原子构成。在电场作用下，材料中的原子会发生一定的位移和性质的变化。1745年10月，德国的埃瓦尔德·格奥尔格·冯·克莱斯特(Ewald Georg von Kleist)做了一项实验，用一根电线将高压静电发生器连接到一个手持罐子里的水上，结果表明电荷是可以储存的。利用这一现象，Pieter van Musschenbroek发明了第一个叫做“莱顿罐”的电容器。支持这一发明的新材料特性是“电介质”。

什么是电介质?

任何物质都是由原子构成的。原子中既有带负电荷的粒子，也有带正电荷的粒子。原子的中心原子核是带正电的。在任何物质中，原子的排列方式都是偶极子在它的一端有一个正电荷和一个负电荷。当这些材料受到电场作用时，就会发生偶极矩。

导体材料在通电时就开始导电。绝缘体阻止电的流动，因为它的结构中没有任何自由移动的电子。但电介质是一种特殊类型的绝缘体，它不导电，但受到电的作用时就会极化。

在介电材料中，当受到电场作用时，材料中的正电荷会向外加电场的方向移动。负电荷向与外加电场相反的方向移动。这就导致了介质极化。在介电材料中，电荷不流过材料。极化减小了电介质的整体场。

介质的性质

电介质这个术语最早是由William Whewell提出的。它是两个词的组合——“Dia”和“electric”。理想介质的电导率为零。电介质储存和消散电能的方式与理想的电容器相似。介电材料的一些主要特性是电磁化率、介电极化、介电色散、介电弛豫、可调谐性等。

电动易感性

通过电磁敏感测量当经受电场时可以偏振电介质材料的偏振容易。该数量还决定了材料的渗透性。

电介质极化

电偶极矩是系统中负电荷和正电荷分离的量度。偶极矩(M)与电场(E)之间的关系产生了电介质的性质。当外加电场去除后，原子又恢复到原来的状态。这是以指数衰减的方式发生的。原子达到其原始状态所花费的时间称为弛豫时间。

总极化

有两个因素决定电介质的极化。它们是偶极矩的形成及其相对于电场的方向。根据基本偶极子类型，可以有电子极化或离子极化。电子极化P_e当形成偶极矩的介电分子由中性粒子组成时发生。

离子极化P_我电子极化都与温度无关。当不同原子间的电荷分布不对称时，分子中就会产生永久的偶极矩。在这种情况下，定向极化P_o是观察到的。如果介质中存在自由电荷，将导致空间电荷极化P_年代．电介质的全极化涉及到所有这些机制。因此电介质材料的总极化是

P_全部的= P_我+ P_e+ P_o+ P_年代

介电色散

当P为电介质获得的最大极化时，t_r是特定偏振过程的弛豫时间，介电偏振过程可以表示为

P (t) = P [1-exp (- t / t_r)]

不同极化过程的弛豫时间不同。电子极化非常迅速，紧随其后的是离子极化。取向极化比离子极化慢。空间电荷极化非常缓慢。

介质击穿

当施加更高的电场时，绝缘体开始导电并表现为导体。在这种条件下，介电材料失去了其介电性能。这种现象被称为介电击穿。这是一个不可逆的过程。这就导致了介电材料的失效。

介质材料类型

基于材料中存在的分子类型对电介质进行分类。有两种类型的电介质 - 极性电介质和非极性电介质。

极性电介质

在极性介质中，正粒子的质心与负粒子的质心不重合。这里存在偶极矩。分子在形状上是不对称的。当施加电场时，分子就会与电场对齐。去除电场后，观察到随机偶极矩，分子中的净偶极矩为零。例如H2O, CO2等等。

非极性电介质

在非极性介质中，正粒子和负粒子的质心重合。这些分子中没有偶极矩。这些分子的形状是对称的。非极性介质的例子有H2、N2、O2等。

介电材料的实例

介电材料可以是固体，液体，气体和真空。实心电介质高度适用于电气工程。出售电介质的一些例子是瓷，陶瓷，玻璃，纸等...干燥空气，氮气，六氟化族和各种金属的氧化物是气态电介质的实例。蒸馏水，变压器油是液体电介质的常见实例。

介质材料的应用

电介质的一些应用如下 -

• 这些用于储能电容器．
• 为了提高半导体器件的性能，使用了高介电常数的介质材料。
• 电介质被用于液晶显示器。
• 陶瓷介质用于介质谐振振荡器。
• 钛酸锶锶薄膜是电介质，其用于微波可调装置，提供高可调性和低漏电流。
• 聚乙炔在工业涂料中用作基材和外部环境之间的屏障。
• 在电变形金刚在美国，矿物油被用作液体介质，它们有助于冷却过程。
• 蓖麻油用于高压电容器，以增加其电容值。
• 特殊加工的介电材料作为磁体的静电等同物。

常见问题

在电容器中介质的用途是什么?

电容器中使用的介质有助于减少电场，电场反过来降低电压，从而增加电容。

2）。哪种介电材料广泛用于电容器中？

在电容器中，介质材料如玻璃、陶瓷、空气、云母、纸、塑料薄膜等得到广泛应用。

3).哪种材料的介电强度最高?

一个完美的真空被认为具有最高的介电强度。

4)所有的绝缘体都是电介质吗?

不，虽然电介质表现为绝缘体，但不是所有的绝缘体都是电介质。

因此，电介质是电容器的重要组成部分。一种好的介电材料应该具有良好的介电常数、介电强度、低损耗因子、高温稳定性、高存储稳定性、良好的频率响应，并且应该适用于工业过程。电介质在高频电子电路中也起着至关重要的作用。材料介电特性的测量可以提供有关其电特性或磁特性的信息。什么是介电常数?