《介电常数研究生》PPT课件

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1、介电特性Oct.22,2010包定华中山大学理工学院E-mail:stsbdh@mail.sysu.edu.cn1介电常数、介电损耗介电频谱、温谱介电材料的主要物理性质及测量介电材料的应用简介主要内容2介电常数、介电损耗3表征材料导电性的大小电学性质1.电导率4电学性质欧姆定律欧姆定律微分形式决定电导率的基本参数载流子(n,个/m3)：电子、空穴、正离子、负离子载流子迁移率(载流子在单位电场中的迁移速度)μ=ν/Em2/(v.s)电流密度（单位时间通过单位截面积的电荷量）J＝nqv电导率σ=J/E=nqv／E=nqμ5理解材料的电

2、导现象，必须明确几个问题：1）参与迁移的是哪种载流子—有关载流子的类别2）载流子的数量有多大---有关载流子浓度、载流子的产生过程3）载流子迁移速度的大小---有关载流子输运过程电导机制：1）离子电导：一些电介质、绝缘材料2）电子电导：半导体、导电、超导电学性质6电介质电容、介电常数真空电容Co=Qo/V＝os/d电介质电容C＝Q/V=ros/d相对介电常数εr=C/C0电学性质介电常数是表征电介质的最基本的参量。是衡量电介质在电场下的极化行为或储存电荷能力的参数。2.介电常数7在实际应用中，通常用损耗角正切表示电介质在交变

3、电场下的损耗电学性质3.介电损耗电介质在电场作用下,电导和部分极化过程会将一部分电能转变为其它形式的能（如热能），即发生电能的损耗。常将电介质在电场作用下，单位时间消耗的电能叫介质损耗。(由电导和极化过程引起)单位体积的介质损耗功率：84.电介质的击穿-绝缘强度电介质的击穿一般外电场不太强时，电介质只被极化，不影响其绝缘性能。当其处在很强的外电场中时，电介质分子的正负电荷中心被拉开，甚至脱离约束而成为自由电荷，电介质变为导电材料。当施加在电介质上的电压增大到一定值时，使电介质失去绝缘性的现象称为击穿(breakdown)。外加电场

4、强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态的现象。电学性质9介电强度：相应的临界电场强度热击穿热击穿的本质：处于电场中的介质，由于介质损耗而受热；当外加电压足够高时，散热和发热从平衡状态转入非平衡状态，介质的温度将越来越高，直至出现永久性破坏。击穿电场强度E=V/hV—击穿电压；h—材料厚度击穿电压——电介质（或电容器）击穿时两极板的电压10电击穿固体介质电击穿的碰撞电离理论：在强电场作用下，固体导带中可能因冷或热发射存在一些电子，这些电子被加速，获得动能；高速电子与晶格振动相互作用，把能量传递给晶格；上述两个过程在一定温度

5、和场强下平衡时，固体介质有稳定的电导；当电子从电场中获得能量大于传递给晶格振动能量时，电子动能越来越大；大到一定值，电子与晶格振动的相互作用导致电离产生新电子，使电子数目迅速增加，电导进入不稳定状态，发生击穿。载流子数目迅速增加。11电介质：在电场作用下，能建立极化的物质。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。电介质的主要性能：介电常数介电损耗介电强度122极化polarization在电场作用下，电介质中束缚着的电荷发生位移或者极性随电场方向改变的现象，称为电介质的极化。3自

6、发极化spontaneouspolarization在没有外电场作用时，晶体中存在着由于电偶极子的有序排列而产生的极化，称为自发极化。1介电常数dielectricconstant表征材料极化并储存电荷能力的物理量称为介电常数，用ε表示，无量纲。13电介质在电场作用下的极化程度用极化强度矢量P表示，极化强度P是电介质单位体积内的感生偶极矩，可表示为：极化强度的单位为库仑/米2(C/m2)V宏观上无限小微观上无限大的体积元pi每个分子的电偶极矩P=limpiV电偶极矩14电偶极矩：=ql（单位：库仑·米）电偶极矩的方向：负

7、电荷指向正电荷。电偶极矩的方向与外电场的方向一致。介质的极化强度P：P=/V单位介质体积内的电偶极矩总和。或束缚电荷的面密度。±-q+qlE偶极子15电介质的极化材料可按其对外电场的响应方式区分为两类：导电材料：以电荷长程迁移即传导的方式对外电场作出响应导体中的自由电荷在电场作用下定向运动，形成传导电流。电介质：以感应的方式对外电场作出响应，即沿着电场方向产生电偶极矩或电偶极矩的改变，这类材料称为电介质，这种现象称为电介质的极化。在电介质中，原子、分子或离子中的正负电荷以共价键或离子键的形式被相互强烈地束缚着，通常称为束缚电荷

8、。在电场作用下，正、负束缚电荷只能在微观尺度上作相对位移，不能作定向运动。正负束缚电荷间的相对偏移，产生感应偶极矩。在外电场作用下,电介质内部感生偶极矩的现象，称为电介质的极化。16电介质分为非极性电介质和极性电介质两大类。非极性电介质由非极性分子