普适介电弛豫讲习班

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1、普适介电弛豫讲习班1经典电介质科学丛书介绍（影印本）西安交通大学出版社（1）金属氧化物中的缺陷化学D.M.Smyth（2）固体中的介电弛豫A.K.Jonscher（3）普适弛豫定理A.K.Jonscher……近20本经典名著〈经典电介质科学丛书〉首批著作出版志贺介质以极化为本质特征，衍生多种功能效应于一体，兼秉丰富深刻之物理内涵，前程无限。叹我介电学科，相对滞后，极化之类基本问题，仍未彻底解开。更有心态浮燥，不重基础，回避难题，急功近利。诸多不足之处，吾人当自省。姚熹乃学界之领军人物，主编《经典电介质科学丛书》，实为胆识超群之善行义举，功德无量。切望学者诸君，乘机奋起。须知经典传世之作，

2、乃学科之根本。从此精读经典，锤炼功底，不求捷径，迎难而行。学科大发展，势在必然中。钟维烈2008年4月2普适介电弛豫讲习班导读：姚熹院士雷清泉院士钟维烈教授讲课：张冶文教授（同济大学）陈敏教授（中山大学）王春雷教授（山东大学）李永祥教授（上海硅所）李盛涛教授（西安交大）任巍教授（西安交大）魏晓勇教授（西安交大）徐卓教授（西安交大）欢迎各位老师和同学参加讲习班感谢各位讲课老师的辛勤劳动第二章介电极化的物理与数学基础1.电介质基本概念电介质：在电场作用下，束缚电荷起主要作用的物质，称电介质。电介质的特征是以正负电荷重心不重合的电极化方式传递、存储或记录电的作用和影响。电介质物理研究对象：

3、研究电介质内部束缚电荷在电场（包括电频电场和光频电场）作用下的电极化过程；阐明其电极化规律与介质结构的关系；揭示其宏观介电性质的微观机制，进而发展电介质的效用。电介质分类：电介质分为极性电介质和非极性电介质电介质又分为绝缘电介质和功能电介质基本任务：电介质的极化和弛豫是电介质物理的基本研究课题。电介质材料压电材料热释电材料铁电材料压电陶瓷材料电介质材料之间的关系2电介质极化电介质极化过程与物质结构密切相关，电介质极化的三个过程：⑴原子核外电子云的畸变极化，即电子位移极化；⑵分子中正负离子的相对位移极化，即离子位移极化；⑶分子固有电矩的转向极化。电介质的极化强度是电子位移极化、离子位移极化

4、和固有偶极矩取向极化三种极化机制的贡献。极化强度：P=eocE+电场的高次项第一项正比于电场，是最重要的部分，c是介质的极化率。高次项称之为超极化，反应介电响应的非线性型。在外场作用下，相对介电常数ε是综合地反映这三种微观过程的宏观物理量。弛豫时间当电介质开始受静电场作用时，要经过一段时间后，极化强度才能达到相应的数值，这个现象称为极化弛豫，所经过的这段时间称为弛豫时间。电子位移极化和离子位移极化的弛豫时间很短，取向极化的弛豫时间较长，所以极化弛豫主要是取向极化造成的。3静电场中的极化强度极化强度起因于稳恒电场作用下，电荷的有限位移。（1）取向极化强度——在非极性液体介质中自由漂浮的固有

5、偶极子取向极化率orien的导出电场中偶极子示意图势能为用dN代表固有偶极矩m与电场E的夹角介于+d之间的分子数。按照统计物理有其中A为比例系数，k为玻尔兹曼常数，k=1.3810-16尔格/度。此dN个分子的固有偶极矩在电场方向的分量为可得其中L()称之为朗之万（Langevin）函数。朗之万（Langevin）函数LangevinfunctionL()考虑三种情况(a)当1时，即电场很强，温度很低时，这表明电场E很大，温度T很低时，固有偶极矩几乎完全转到电场方向，所以固有偶极矩在电场方向的平均值等于固有偶极矩。(b)当<<1时，即mE<

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7、。由于这个正电荷的库仑作用，容易吸附另一个负离子作为填隙离子，并束缚在附近，形成一个有几个可能取向的电偶极子。电矩在外电场中的方向改变实际上杂质离子的跳跃（hopping）运动，即由一个填隙位置跳到另一个填隙位置，在跳跃过程中要克服一定的势垒。跳跃(hopping)载流子极化的双势阱模型这种跳跃可以是与热运动有关的跳跃越过势垒，或隧穿过势垒。双势阱有内部的势垒和外部一定高度的阱壁，这表示载流子逃离的可能性很小。这与自由点偶极子的La