无机材料的介电性能ppt课件

1、6.1 概论概论电介质：在电场作用下，能建立极化的一切物质。通常电介质：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是指电阻率大于1010 cm的一类在电场中以感应而并非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。传导的方式呈现其电学性能的物质。陶瓷电介质的主要运用：电子电路中的电容元件、电绝陶瓷电介质的主要运用：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资料，如：具有压缘体、谐振器。某些具有特殊性能的资料，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资电效应、铁电效应、热释电效应等特殊功能的电介质资料在电声、电光等技术领域有着广泛的运用前景

2、。料在电声、电光等技术领域有着广泛的运用前景。电介质的主要性能：介电常数、介电损耗因子、介电强电介质的主要性能：介电常数、介电损耗因子、介电强度。度。目前的开展方向：新型器件的研制、提高运用频率范围、目前的开展方向：新型器件的研制、提高运用频率范围、扩展环境条件范围，特别是温度范围。扩展环境条件范围，特别是温度范围。无机资料与有机塑料比较：无机资料与有机塑料比较： 有机塑料有机塑料: 廉价、易制成更准确的尺寸；廉价、易制成更准确的尺寸； 无机资料无机资料:具有优良的电性能具有优良的电性能;室温时在应力作用下，无蠕变或形变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才干特别是在高温下，

3、有较大的抵抗环境变化才干特别是在高温下，塑料常会氧化、气化或分解塑料常会氧化、气化或分解;可以与金属进展气密封接而成为电子器件不可短可以与金属进展气密封接而成为电子器件不可短少的部分。少的部分。真空真空+E+自在电荷自在电荷+偶极子偶极子束缚电荷束缚电荷1. 具有一系列偶极子和束缚电荷的极化景象具有一系列偶极子和束缚电荷的极化景象6.2.1 极化景象及其物理量极化景象及其物理量6.2 介质的极化介质的极化电极化：在外电场作用下，介质内的质点原电极化：在外电场作用下，介质内的质点原子、分子、离子正负电荷重心的分别，使其子、分子、离子正负电荷重心的分别，使其转变成偶极子的过程。转变成偶极子的过程。

4、或在外电场作用下，正、负电荷虽然可以逆向或在外电场作用下，正、负电荷虽然可以逆向挪动，但它们并不能挣脱彼此的束缚而构成电挪动，但它们并不能挣脱彼此的束缚而构成电流，只能产生微观尺度的相对位移并使其转变流，只能产生微观尺度的相对位移并使其转变成偶极子的过程。成偶极子的过程。偶极子：构成质点的正负电荷沿电场方向在有偶极子：构成质点的正负电荷沿电场方向在有限范围内短程挪动，构成一个偶极子。限范围内短程挪动，构成一个偶极子。2. 物理量物理量电偶极矩电偶极矩 ：=ql单位：库仑单位：库仑 米米电偶极矩的方向：负电荷指向正电荷。电偶极矩的方向与电偶极矩的方向：负电荷指向正电荷。电偶极矩的方向与外电场的方

5、向一致。外电场的方向一致。质点的极化率质点的极化率： = /Eloc ，表征资料的极化才干。，表征资料的极化才干。部分电场部分电场Eloc ：作用在微观质点上的部分电场。：作用在微观质点上的部分电场。介质的极化强度介质的极化强度P：P= /V单位介质体积内的电偶极矩单位介质体积内的电偶极矩总和。或束缚电荷的面密度。总和。或束缚电荷的面密度。 -q+qlE偶极子偶极子+单位板面上束缚电荷的数值单位板面上束缚电荷的数值(极化电荷密度可以用单位极化电荷密度可以用单位体积资料中总的偶极矩即极化强度体积资料中总的偶极矩即极化强度P来表示。来表示。设设N是体积是体积V内偶极矩的数目，电偶极矩相等于两个异号

6、内偶极矩的数目，电偶极矩相等于两个异号电荷电荷Q乘以间距乘以间距d，那么：，那么： P= N /V = Q d/V= Q/A+P Q+ Q3 介质的极化强度与宏观可丈量之间的关系介质的极化强度与宏观可丈量之间的关系两块金属板间为真空时，板上的电荷与所施加的电压两块金属板间为真空时，板上的电荷与所施加的电压成正比：成正比： Qo=CoV两板间放入绝缘资料，施加电压不变电荷添加了两板间放入绝缘资料，施加电压不变电荷添加了Q1， 有：有： Qo+ Q1 =CV相对介电常数相对介电常数r ：介电质引起电容量添加的比例：介电质引起电容量添加的比例 。 r=C/Co= (Qo+ Q1 )/Qo电介质提高电

7、容量的缘由：电介质提高电容量的缘由：由于质点的极化作用，结果在资料外表感应了异性电荷，由于质点的极化作用，结果在资料外表感应了异性电荷，它们束缚住板上一部分电荷，抵消中和了这部分电它们束缚住板上一部分电荷，抵消中和了这部分电荷的作用，在同一电压下，添加了电容量。荷的作用，在同一电压下，添加了电容量。结果：资料越易极化，资料外表感应异性电荷越多，束结果：资料越易极化，资料外表感应异性电荷越多，束缚电荷也越多，电容量越大，相应电容器的尺寸缚电荷也越多，电容量越大，相应电容器的尺寸 可减小。可减小。极板上自在电荷密度：极板上自在电荷密度： Qo/A= CoV/A=(o A/d)V/A= o E E-

8、两极板间自在电荷构成的电场，也即宏观电场两极板间自在电荷构成的电场，也即宏观电场介电资料存在时极板上电荷密度介电资料存在时极板上电荷密度D:等于自在电荷密度与等于自在电荷密度与束缚电荷密度之和：束缚电荷密度之和：由：由： r= (Qo+ Q1 )/Qo 得：得：r Qo /A = (Qo+ Q1 )/A有：有： r o E = (Qo+ Q1 )/A= D D= o E+P= o r E = 1 E (l-绝对介电绝对介电常数常数 P= (1 o)E = o ( r- 1) E电介质的电极化率电介质的电极化率e：束缚电荷和自在电荷的比例：束缚电荷和自在电荷的比例： e=P/ oE= (r-1

9、) 得：得： P= o eE作用物理作用物理量与感应物理量间的关系量与感应物理量间的关系6.2.2 克劳修斯克劳修斯-莫索蒂方程莫索蒂方程外加电场外加电场E外外E1 外加电场外加电场E外外(物体外部固定电荷所产生。物体外部固定电荷所产生。 即极板上的一切电荷所产生即极板上的一切电荷所产生 构成物体的一切质点电荷的电场之和构成物体的一切质点电荷的电场之和E1 退极化电场，即由资料外表感应的电荷所产生退极化电场，即由资料外表感应的电荷所产生 E宏宏=E外外+E11 . 宏观电场：宏观电场：+2 . 原子位置上的部分电场原子位置上的部分电场Eloc 有效电场有效电场 Eloc=E外外+E1+E2+E

10、3+ + + + + + + + + + +E外外E1E2E3对于气体质点，其质点对于气体质点，其质点间的相互作用可以忽略，间的相互作用可以忽略，部分电场与外电场一样。部分电场与外电场一样。对于固体介质，周围介对于固体介质，周围介质的极化作用对作用于质的极化作用对作用于特定质点上的部分电场特定质点上的部分电场有影响。有影响。作用于介质中质点的内电场作用于介质中质点的内电场周围介质的极化作用对作用周围介质的极化作用对作用于特定质点上的电场奉献。于特定质点上的电场奉献。球外介质的作用电场：想象把假想的球挖空，使球外球外介质的作用电场：想象把假想的球挖空，使球外的介质作用归结为空球外表极化电荷作用场

11、洛伦兹的介质作用归结为空球外表极化电荷作用场洛伦兹场场 E2和整个介质外边境外表极化电荷作用场和整个介质外边境外表极化电荷作用场E1之和。之和。对于平板其值为束缚电荷在无介质存在时构成的电场：对于平板其值为束缚电荷在无介质存在时构成的电场：由由 P= Q1 /A= oE1得：得： E1 = P / o E1的计算：的计算：假想：有一个特定质点被一个足够大的球体所包围，球假想：有一个特定质点被一个足够大的球体所包围，球外的电介质可看成延续的介质，同时，球半径比整个介外的电介质可看成延续的介质，同时，球半径比整个介质小得多。质小得多。介质中的其它偶极子对特定质点的电场奉献分为两部分：介质中的其它偶

12、极子对特定质点的电场奉献分为两部分： 球外介质的作用球外介质的作用E1 E2和球内介质的作用和球内介质的作用E3洛伦兹场洛伦兹场E2的计算：的计算：rO+Pdrsin空腔外表上的电荷密度：空腔外表上的电荷密度： P cos黑环所对应的微小环球面的外表积黑环所对应的微小环球面的外表积dS: dS=2rsin rddS面上的电荷为：面上的电荷为： dq= P cosdS 根据库仑定律：根据库仑定律：dS面上的电荷作用在球心单位正电面上的电荷作用在球心单位正电荷上的荷上的P方向分力方向分力dF： dF= PcosdS/4o r2 ) cos由由 qE=F 1E=F E=FdE= Pcos2dS/4o

13、 r2 = (2rsin rd)(Pcos2/4o r2 ) =Pcos2 sin /2o r2 d整个空心球面上的电荷在整个空心球面上的电荷在O点产生的电场为：点产生的电场为： dE由由0到到的积分的积分洛伦兹场洛伦兹场E2 ： E2 = P /3oE3为只思索质点附近偶极子的影响，其值由晶体为只思索质点附近偶极子的影响，其值由晶体构造决议，已证明，球体中具有立方对称的参考构造决议，已证明，球体中具有立方对称的参考点位置，假设一切原子都可以用平行的点型偶极点位置，假设一切原子都可以用平行的点型偶极子来替代，那么子来替代，那么E3 =0。 Eloc=E外外+E1+P /3o=E+P /3o根据

14、根据 D= o E+P得得 P =D o E= 1 o E = o r 1 E由由 Eloc=E外外+E1+P /3o=E+P /3o得得 Eloc= r +2E/3设介质单位体积中的极化质点数等于设介质单位体积中的极化质点数等于n，那么又，那么又有有 P= n =nEloc 得得 r 1 / r +2 = n /3 o 上式为克劳修斯上式为克劳修斯-莫索蒂方程莫索蒂方程3. 克劳修斯克劳修斯-莫索蒂方程莫索蒂方程 克劳修斯克劳修斯-莫索蒂方程的意义：莫索蒂方程的意义： 建立了可测物理量建立了可测物理量 r 宏观量与质点极化率宏观量与质点极化率微观量之间的关系。微观量之间的关系。克劳修斯克劳修

15、斯-莫索蒂方程的适用范围：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。固体、具有适当对称性的固体。从克劳修斯从克劳修斯-莫索蒂方程：讨论高介电常数的质点：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，那么介介质中质点极化率大，极化介质中极化质点数多，那么介质具有高介电常数。质具有高介电常数。6.2.3 极化机制极化机制极化的根本方式：极化的根本方式：第一种：第一种： 位移

16、式极化位移式极化-弹性的、瞬间完成的、不耗弹性的、瞬间完成的、不耗费能量的极化。费能量的极化。第二种：该极化与热运动有关，其完成需求一定的时第二种：该极化与热运动有关，其完成需求一定的时间，且是非弹性的，需求耗费一定的能量。间，且是非弹性的，需求耗费一定的能量。1. 电子位移极化电子位移极化电子位移极化和电子松弛极化电子位移极化和电子松弛极化电子位移极化电子位移极化无外电场作用无外电场作用+ E电子位移极化电子位移极化-电子位移极化：在外电场作用下，原子外围的电电子位移极化：在外电场作用下，原子外围的电子云相对于原子核发生相对位移构成的极化。子云相对于原子核发生相对位移构成的极化。在交变电场的

17、作用下，可以将其看作一个弹簧振在交变电场的作用下，可以将其看作一个弹簧振子，弹性恢复力：子，弹性恢复力： -kx+-建立牛顿方程：建立牛顿方程： ma= -kx - eEoe it电偶极矩：电偶极矩： = -ex= Eoe it1/(k/m)o2 2e2/m 弹性振子的固有频率弹性振子的固有频率 ： o=(k/m)1/2有：有： = e Eloc 得：得： e =1/(o2 2)e2/m 0 e =e2/m o2 静态极化静态极化率率2. 离子位移极化离子位移极化离子位移极化：离子在电场的作用下，偏移平衡位置离子位移极化：离子在电场的作用下，偏移平衡位置引起的极化。引起的极化。在交变电场作用下

18、，离子在电场中的运动想象为弹簧在交变电场作用下，离子在电场中的运动想象为弹簧振子。振子。+EX+X-感生的电偶极矩为：感生的电偶极矩为： =q(x+x-) = iEloc正离子遭到的弹性恢复力：正离子遭到的弹性恢复力：-k(x+x-)负离子遭到的弹性恢复力：负离子遭到的弹性恢复力： -k(x- x+)运动方程：运动方程： M+a= -k(x+x-)+qEoe it M-a=-k(x- x+)+qEoe it得：得： M*=M+M-/(M+M-)弹性振子的固有频率弹性振子的固有频率 ： o=(k/M*)1/2离子位移极化率：离子位移极化率： e =1/(o2 2)q2/M* 0 静态极化率：静态

19、极化率： i =q2/M* o2= q2 k3. 松弛极化松弛极化松弛质点：资料中存在着弱联络的电子、离子和偶松弛质点：资料中存在着弱联络的电子、离子和偶极子。极子。松弛极化：松弛质点松弛极化：松弛质点 由于热运动使之分布混乱，由于热运动使之分布混乱， 电电场力使之按电场规律分布，在一定温度下发生极化。场力使之按电场规律分布，在一定温度下发生极化。松弛极化的特点：比位移极化挪动较大间隔，挪动松弛极化的特点：比位移极化挪动较大间隔，挪动时需抑制一定的势垒，极化建立时间长，需吸收一时需抑制一定的势垒，极化建立时间长，需吸收一定的能量，是一种非可逆过程。定的能量，是一种非可逆过程。1离子松弛极化离子

20、松弛极化构造正常区构造正常区 缺陷区缺陷区U松松U松松U导导电电离子松弛极化率：离子松弛极化率： T =q2x2/12kT温度越高，热运动对质点的规那么运动妨碍加强，温度越高，热运动对质点的规那么运动妨碍加强，极化率减小。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，离子松弛极化率比电子位移极化率大一个数量级，可导致资料大的介电常数。可导致资料大的介电常数。2电子松弛极化电子松弛极化电子松弛极化：电子松弛极化：资料中弱束缚电子在晶格热振动下，吸收一定能资料中弱束缚电子在晶格热振动下，吸收一定能量由低级部分能级跃迁到较高能级处于激发态；量由低级部分能级跃迁到较高能级处于激发态；处于激发

21、态的电子延续地由一个阳离子结点，移处于激发态的电子延续地由一个阳离子结点，移到另一个阳离子结点；到另一个阳离子结点；外加电场使其运动具有一定的方向性，由此引起外加电场使其运动具有一定的方向性，由此引起极化，使介电资料具有异常高的介电常数。极化，使介电资料具有异常高的介电常数。4. 转向极化转向极化转向极化：转向极化：具有恒定偶极矩的极性分子在外加电场作用下，偶极子具有恒定偶极矩的极性分子在外加电场作用下，偶极子发生转向，趋于和外加电场方向一致，与极性分子的热发生转向，趋于和外加电场方向一致，与极性分子的热运动到达统计平衡形状，整体表现为宏观偶极矩。运动到达统计平衡形状，整体表现为宏观偶极矩。转

22、向极化比电子极化率高得多。转向极化比电子极化率高得多。转向极化在离子晶体中的运用转向极化在离子晶体中的运用 + + + + + + 一对晶格空位的定向一对晶格空位的定向5. 空间电荷极化空间电荷极化空间电荷极化：空间电荷极化：在不均匀介质中，如介质中存在晶界、相界、晶格畸在不均匀介质中，如介质中存在晶界、相界、晶格畸变、杂质、气泡等缺陷区，都可成为自在电子运动的变、杂质、气泡等缺陷区，都可成为自在电子运动的妨碍；妨碍；在妨碍处，自在电子积聚，构成空间电荷极化，普通在妨碍处，自在电子积聚，构成空间电荷极化，普通为高压式极化。为高压式极化。-+-+-+外电场外电场P 各种极化方式的比较各种极化方式

23、的比较极化方式极化方式极化的电极化的电介质种类介质种类极化的频极化的频率范围率范围与温度的关与温度的关系系能量耗费能量耗费电子位移电子位移极化极化一切陶瓷一切陶瓷直流直流光频光频无关无关无无离子位移离子位移极化极化离子构造离子构造直流直流红外红外温度升高极温度升高极化加强化加强很弱很弱离子松弛离子松弛极化极化离子不严离子不严密的资料密的资料直流直流超高频超高频随温度变化随温度变化有极大值有极大值有有电子位移电子位移松弛极化松弛极化高价金属高价金属氧化物氧化物直流直流超高频超高频随温度变化随温度变化有极大值有极大值有有转向极化转向极化有机有机直流直流超高频超高频随温度变化随温度变化有极大值有极大

24、值有有空间电荷空间电荷极化极化构造不均构造不均匀的资料匀的资料直流直流高频高频随温度升高随温度升高而减小而减小有有空间电荷极化空间电荷极化松弛极化松弛极化离子极化离子极化电子极化电子极化 工频工频 声频声频 无线电无线电 红外红外 紫外紫外极极化化率率或或 极化率和介电常数与频率的关系极化率和介电常数与频率的关系7. 高介晶体的极化高介晶体的极化由于金红石和钙钛矿型等晶体的构造和组成的特点，呵由于金红石和钙钛矿型等晶体的构造和组成的特点，呵斥斥E3很大，使其具有高的介电性。很大，使其具有高的介电性。设外电场方向沿晶体设外电场方向沿晶体z轴，被调查离子周围的轴，被调查离子周围的E3 ： n 2z

25、i2(xi2+ yi2) 1E3 = iEi i=1 (xi2 + yi2 + zi2)5/2 4o式中：式中： i -周围离子极化率；周围离子极化率； Ei-作用于每一个周围离子上的部分电场强度；作用于每一个周围离子上的部分电场强度； xi 、 yi 、zi -周围离子相对于球心的坐标周围离子相对于球心的坐标; i -周围的离子周围的离子; n -洛沦兹球内的周围离子数洛沦兹球内的周围离子数.晶体由几种不同性质的离子相互位置不同的同种离晶体由几种不同性质的离子相互位置不同的同种离子组成；子组成；计算时，将其分开计算，并将同一种离子的极化率和计算时，将其分开计算，并将同一种离子的极化率和部分电

26、场当作一样；部分电场当作一样；第第k种离子在被调查的第种离子在被调查的第k种离子上的内建电场为：种离子上的内建电场为： nk 2zi2(xi2+ yi2) 1E3kk= kEk = kEk Ckk i=1 (xi2 + yi2 + zi2)5/2 4o同理：第同理：第j种离子在被调查的第种离子在被调查的第k种离子上的内建电场种离子上的内建电场为：为： E3kj= jEj CkjCkk 、Ckj同种离子间与不同离子间的内建电场构造同种离子间与不同离子间的内建电场构造系数，其值仅取决于晶胞参数，可正可负。系数，其值仅取决于晶胞参数，可正可负。一个点偶极子察看范围比两个点电荷之间的间隔大的一个点偶极

27、子察看范围比两个点电荷之间的间隔大的多时，可以以为该偶极子为一点在其周围的电场分布多时，可以以为该偶极子为一点在其周围的电场分布+xz rEx=3psin cos /r3Ey=p(3cos2 -1)/r3=0,Ex=Ey=0, Ez=2p/r3 =90o,Ex=Ey =0, Ez= -pr3 例如：例如：+0 C+0 B内电场表示图内电场表示图假设离子假设离子A周围处于周围处于B位置上的离子占优势，位置上的离子占优势，那么作用在那么作用在A点上的内点上的内电场与外电场方向一致；电场与外电场方向一致；假设离子假设离子A周围处于周围处于C位置上的离子占优势，位置上的离子占优势，那么作用在那么作用在

28、A点上的内点上的内电场与外电场方向相反。电场与外电场方向相反。E外外A 金红石型晶体的内建电场构造系数金红石型晶体的内建电场构造系数中心离子中心离子周围离子周围离子Ti 4+O 2- 1 Ti 4+ 2 O 2-C11= -0.8/a3 C21= +18.15/a3C12= +36.3/a3 C22= -12.0/a3分析：分析：C11和和C22均为负值，阐明同种离子之间都有减弱外均为负值，阐明同种离子之间都有减弱外电场的作用。电场的作用。C21和和C12均为正值，阐明异种离子之间都有加强外均为正值，阐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电场的作用，且值相当的大

29、，其结果使氧离子和钛离子的极化加强，这种加强远远超越同种离子间的离子的极化加强，这种加强远远超越同种离子间的减弱，最终使晶体介电常数加大。减弱，最终使晶体介电常数加大。利用模型计算金红石型晶体介电常数：利用模型计算金红石型晶体介电常数： 离子极化的等效离子位移极化率与等效部分电场：离子极化的等效离子位移极化率与等效部分电场：在此仅思索电子极化、离子极化对金红石型晶体介在此仅思索电子极化、离子极化对金红石型晶体介电常数的影响电常数的影响讨论作用在氧离子上的电场时，可以假定氧离子没有讨论作用在氧离子上的电场时，可以假定氧离子没有位移，仅由钛离子挪动，位移，仅由钛离子挪动， Ti离子相对于离子相对于

30、O离子位移了离子位移了Z= Z1 + Z2此时，此时， Ti离子的等效位移极化系数离子的等效位移极化系数为为i反过来讨论作用在钛离子上的电场，反过来讨论作用在钛离子上的电场， 氧离子的等效位氧离子的等效位移极化系数为移极化系数为i /2OTiOE1E2E2Z2Z1当将该分子的全部位移折算成某一离子时，当将该分子的全部位移折算成某一离子时，作用于其上的电场等效部分电场为作用于其上的电场等效部分电场为(E1 + E2)/2。假设假设“TiO2 分子在点阵中离子位移极化系数为分子在点阵中离子位移极化系数为i设钛离子与氧离子的电子极化率分别为设钛离子与氧离子的电子极化率分别为1，2E1=E+P /3o

31、 + 1 E1 C11 +2 E2 C12 +( i /2)(E1 + E2)/2 C12 作用于钛离子与氧离子上部分电场强度作用于钛离子与氧离子上部分电场强度E1、 E2 ：钛离子、氧离子的电子极化钛离子、氧离子的电子极化构成的偶极子对构成的偶极子对E1的影响的影响 氧离子的等效位移极化氧离子的等效位移极化对对E1的影响的影响 E2=E+P /3o + 1 E1 C21 +2 E2 C22+ i (E1 + E2)/2 C21 资料的极化强度资料的极化强度:P=n 1 E1 +2 2 E2 + i (E1 + E2)/2 极化强度：极化强度：P = o r 1 E r- 1 n 1 +2 2

32、 + i 有：有： - - - r-2 o 1- 1C 11- 2C22- iC21对于金红石：对于金红石： |C 11 | | C22 | r- 1 n 1 +2 2 + i 有：有： - - - - r-2 o 1- 2C22- iC21离子位移极化不存在时：离子位移极化不存在时： - 1 n 1 +2 2有：有：- - - -2 o 1- 2C22介电常数大的晶体所具备的条件：特殊的点阵构造；含有尺寸介电常数大的晶体所具备的条件：特殊的点阵构造；含有尺寸大、电荷小、电子壳层易变形的阴离子氧离子大、电荷小、电子壳层易变形的阴离子氧离子 ；尺寸小、；尺寸小、电荷大易产生离子位移极化的阳离子如

33、：钛离子电荷大易产生离子位移极化的阳离子如：钛离子 。6.2.4 介电常数的温度系数介电常数的温度系数根据介电常数与温度的关系，电子陶瓷可分为两大类：根据介电常数与温度的关系，电子陶瓷可分为两大类： 非线性的陶瓷介质：铁电陶瓷、松弛极化十清非线性的陶瓷介质：铁电陶瓷、松弛极化十清楚显的资料。楚显的资料。 线性的陶瓷介质线性的陶瓷介质介电常数的温度系数：随温度变化，介电常数的相对介电常数的温度系数：随温度变化，介电常数的相对变化率，即：变化率，即： TK=d / dT实践任务中的方法：实践任务中的方法： TK=(t o)/ o(tto)介电常数的温度系数确实定：介电常数的温度系数确实定：根据用途

34、，对其有不同的要求：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；要求为正：滤波旁路和隔直流的电容器； 要求为负：热补偿电容器要求为负：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。的电子仪器中的电容器。目前的开展方向：介电常数的温度系数接近于零，目前的开展方向：介电常数的温度系数接近于零，高的介电常数。高的介电常数。6.3.1 介电损耗的方式介电损耗的方式电介质在电场作用下，内部经过电流有以下内容：电介质在电场作用下，内部经过电流有以下内容：电容电流：由样品的几何电容充电引起电流位：电容电流：由样品的几何电

35、容充电引起电流位移电流；移电流；：介质极化的建立引起电流：与极化松弛等有关；：介质极化的建立引起电流：与极化松弛等有关；：介质的电导漏导呵斥的电流：与自在电荷有：介质的电导漏导呵斥的电流：与自在电荷有关。关。能量损耗：松弛极化损耗、电导损耗、离子变形和振能量损耗：松弛极化损耗、电导损耗、离子变形和振动损耗动损耗6.3 介质的损耗介质的损耗6.3.2 损耗因子损耗因子在真空中的平行平板式电容器两极板上加交变电压在真空中的平行平板式电容器两极板上加交变电压V=Voe it，电容上的电流与外电压相差，电容上的电流与外电压相差90o的位相。的位相。由由 Q=CoV V=Q/Co=Idt/Co I=Co

36、dV/dt电容上的电流：电容上的电流： Io=iCoV两极板间充入非极性完全绝缘的资料，两极板间充入非极性完全绝缘的资料， 电容上的电流：电容上的电流：I=iCV= irCoV= rIo 假设介质有微弱的导电，那么其中有一个与外加电压相位假设介质有微弱的导电，那么其中有一个与外加电压相位一样的小电流一样的小电流I= iCV+GV经过经过Vi CV设电导设电导G仅由自在电荷产生，那么仅由自在电荷产生，那么: G=S/d , 由于电容由于电容: C=l S/d那么电流密度那么电流密度: j=(il + )E= *E= il* E复电导率复电导率* 的定义：的定义： *= il + 复介电常数的定义

37、：复介电常数的定义： l*= * / i= l - i / 损耗角损耗角的定义：的定义：tg=损耗项损耗项/电容项电容项=/ l 得：得： = l tg l tg 仅与介质有关仅与介质有关损耗因子：损耗因子：l tg 其大小作为绝缘资料的判据其大小作为绝缘资料的判据 复电导率复电导率* 的定义：的定义： *= il + 复介电常数的定义：复介电常数的定义： l*= * / i= l - i / 损耗角损耗角的定义：的定义：tg=损耗项损耗项/电容项电容项=/ l 得：得： = l tg l tg 仅与介质有关仅与介质有关损耗因子：损耗因子：l tg 其大小作为绝缘资料的判据其大小作为绝缘资料的

38、判据复电导率复电导率* 的定义：的定义： *= il + 复介电常数的定义：复介电常数的定义： l*= * / i= l - i / 损耗角损耗角的定义：的定义：tg=损耗项损耗项/电容项电容项=/ l 得：得： = l tg l tg 仅与介质有关仅与介质有关损耗因子：损耗因子：l tg 其大小作为绝缘资料的判据其大小作为绝缘资料的判据复电导率复电导率* 的定义：的定义： *= il + 复介电常数的定义：复介电常数的定义： l*= * / i= l - i / 损耗角损耗角的定义：的定义：tg=损耗项损耗项/电容项电容项=/ l 得：得： = l tg l tg 仅与介质有关仅与介质有关损

39、耗因子：损耗因子：l tg 其大小作为绝缘资料的判据其大小作为绝缘资料的判据 时间时间6.3.3 介电松弛或弛豫介电松弛或弛豫理想电介质理想电介质实践电介质实践电介质VQIVQI电荷累积与电流特性电荷累积与电流特性极化强度随时间变化的速率与其最终数值和某时辰实践极化强度随时间变化的速率与其最终数值和某时辰实践值之差有以下关系：值之差有以下关系：d(Pt Po)/dt=(PPo) (PtPo)/ PtPo=(PPo) (1e-t/ ) 时间时间P理想理想实践实践PoP德拜公式：德拜公式： r( )=+ (0) - /(1+i ) r = + (0) - /(1+ 2 2) r( )的实部的实部 r = (0) - /(1+ 2 2) r( )的虚部的虚部 tg = r/ r 其中：其中： (0) -低或静态的相对介电常数低或静态的相对介电常数 - 时的相对介电常数时的相对介电常数 德拜研讨了电介质的介电常数德拜研讨了电介质的介电常数 r 、反映介电损、反映介电损耗的耗的 r、所加电场的角频率及松弛时间间的关系。、所加电场的角频率及松弛时间间的关系。 0.1 1 10 (0) r r