无机材料的介电性能.ppt

6 1概论 电介质 在电场作用下 能建立极化的一切物质 通常是指电阻率大于1010 cm的一类在电场中以感应而并非传导的方式呈现其电学性能的物质 陶瓷电介质的主要应用 电子电路中的电容元件 电绝缘体 谐振器 某些具有特殊性能的材料 如 具有压电效应 铁电效应 热释电效应等特殊功能的电介质材料在电声 电光等技术领域有着广泛的应用前景 电介质的主要性能 介电常数 介电损耗因子 介电强度 目前的发展方向 新型器件的研制 提高使用频率范围 扩大环境条件范围 特别是温度范围 无机材料与有机塑料比较 有机塑料 便宜 易制成更精确的尺寸 无机材料 具有优良的电性能 室温时在应力作用下 无蠕变或形变 有较大的抵抗环境变化能力 特别是在高温下 塑料常会氧化 气化或分解 能够与金属进行气密封接而成为电子器件不可缺少的部分 极板上自由电荷密度 Qo A CoV A oA d V A oE E 两极板间自由电荷形成的电场 也即宏观电场 介电材料存在时极板上电荷密度D 等于自由电荷密度与束缚电荷密度之和 由 r Qo Q1 Qo得 rQo A Qo Q1 A有 r oE Qo Q1 A DD oE P o rE 1E l 绝对介电常数 P 1 o E o r 1 E电介质的电极化率 e 束缚电荷和自由电荷的比例 e P oE r 1 得 P o eE 作用物理量与感应物理量间的关系 根据库仑定律 dS面上的电荷作用在球心单位正电荷上的P方向分力dF dF Pcos dS 4 or2 cos 由qE F1 E FE FdE Pcos2 dS 4 or2 2 rsin rd Pcos2 4 or2 Pcos2 sin 2 or2d 整个空心球面上的电荷在O点产生的电场为 dE由0到 的积分洛伦兹场E2 E2 P 3 o E3为只考虑质点附近偶极子的影响 其值由晶体结构决定 已证明 球体中具有立方对称的参考点位置 如果所有原子都可以用平行的点型偶极子来代替 则E3 0 Eloc E外 E1 P 3 o E P 3 o 克劳修斯 莫索蒂方程的意义 建立了可测物理量 r 宏观量 与质点极化率 微观量 之间的关系 克劳修斯 莫索蒂方程的适用范围 适用于分子间作用很弱的气体 非极性液体 非极性固体 具有适当对称性的固体 从克劳修斯 莫索蒂方程 讨论高介电常数的质点 r 1 r 2 n 3 o r 1 r 2 r越大其值越大介质中质点极化率大 极化介质中极化质点数多 则介质具有高介电常数 正离子受到的弹性恢复力 k x x 负离子受到的弹性恢复力 k x x 运动方程 M a k x x qEoei tM a k x x qEoei t得 M M M M M 弹性振子的固有频率 o k M 1 2离子位移极化率 e 1 o2 2 q2 M 0静态极化率 i q2 M o2 q2k 离子松弛极化率 T q2x2 12kT温度越高 热运动对质点的规则运动阻碍增强 极化率减小 离子松弛极化率比电子位移极化率大一个数量级 可导致材料大的介电常数 各种极化形式的比较 金红石型晶体的内建电场结构系数 分析 C11和C22均为负值 说明同种离子之间都有削弱外电场的作用 C21和C12均为正值 说明异种离子之间都有加强外电场的作用 且值相当的大 其结果使氧离子和钛离子的极化加强 这种加强远远超过同种离子间的削弱 最终使晶体介电常数加大 介电常数的温度系数的确定 根据用途 对其有不同的要求 要求为正 滤波旁路和隔直流的电容器 要求为负 热补偿电容器接近于零 要求电容量热稳定性高和高精度的电子仪器中的电容器 目前的发展方向 介电常数的温度系数接近于零 高