介质的电极化响应.ppt

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1、铁电原理电介质材料的研究进展电介质的唯象理论绪论介质的电极化响应电介质中的电荷转移电介质物理学5.1概述介质的电极化固体电介质电介质物理学电介质：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。电介质的主要性能：介电常数、电导、介电损耗因子、介电强度。空间电荷极化松弛极化离子极化电子极化工频声频无线电红外紫外极化率或极化率和介电常数与频率的关系常见的电容器，按其极板的形状有：平行板电容器、球形电容器和柱形电容器等。按其中的电介质分有：真空电容器、空气电容器、云母电容器、陶瓷电容器，….

2、..按其电容值：可变电容器和固定电容器。5—10玻璃56甘油3—6云母80纯水3.1—3.5聚氯乙烯2.0—2.3石蜡2.2—2.5变压器油1.000585空气εr电介质εr电介质几种常见电介质的相对介电常数按物质组成：电介质分为无机电介质和有机电介质。按物质的聚集态：则可将电介质分为气体电介质、液体电介质、固体电介质。按物质原子排列的有序化分类：可将电介质分成晶体电介质和非晶态。按电介质电荷在空间分布的情况进行分类：分为极性电介质和非极性（中性）电介质。按电介质组成成分的均匀度进行分类：又可将电介质分为均匀电介质和非均匀介质电介质分类陶瓷电介质的主要应用：电子电路

3、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。典型的半导体如碘硫化锑(SbSI)、砷化镓（GaAs）、氧化锌（ZnO）、硫化镉（CdS）等也可归入特殊类型的电介质：极性电介质——压电半导体；在高频电场作用下，甚至金属薄层也可看成是高损耗的电介质。此外温度足够高时，半导体和电介质却成为导体。因此，物质电学性质的这种分类是相对的，得随具体条件而定。无机材料与有机材料比较：有机材料: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

4、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。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。近年来电介质的研究有很大发展。新型的具有特殊性能的电介质材料不断被发现和制造出来，电介质的应用已不仅限于绝缘和储能方面，而且涉及换能、热电探测、电光调制、非线性光学、光信息存储和实时处理等广大领域。电介质已成为完成和执行特殊功能的重要材料。5.2介质的电极化响应基本概念电介质的微观极化机制有效场介电弛豫谐振吸收和色散一、基本概念1、电位移和电极化2、宏观物

5、质中的电磁运动3、介质在交变电场中的损耗介电损耗的形式电介质在电场作用下，内部通过电流有以下内容：电容电流：由样品的几何电容充电引起电流（位移电流）；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）造成的电流：与自由电荷有关。能量损耗：松弛极化损耗、电导损耗、离子变形和振动损耗3介质在交变电场中的损耗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V=Voeit，电容上的电流与外电压相差90o的位相。由Q=CoVV=Q/Co=Idt/CoI=CodV/dt电容上的电流：Io=iCoV两极板间充入非极性完全绝缘的材料，电容上的电流：I=iCV=

6、irCoV=rIo如果介质有微弱的导电，则其中有一个与外加电压相位相同的小电流（I=iCV+GV）通过ViCV设电导G仅由自由电荷产生，则:G=S/d,由于电容:C=lS/d则电流密度:j=(il+)E=*E=il*E复电导率*的定义：*=il+复介电常数的定义：l*=*/i=l-i/损耗角的定义：tg=损耗项/电容项=/l得：=ltg（ltg仅与介质有关）损耗因子：ltg（其大小作为绝缘材料的判据）介电松弛或弛豫理想电介质实际电介质VQIVQI电荷累积与电流特性时间极化强度随时间变化的速率

7、与其最终数值和某时刻实际值之差有以下关系：d(Pt－Po)/dt=[(P－Po)－(Pt－Po)]/Pt－Po=(P－Po)(1－e-t/)时间P理想实际PoPr()=+[(0)-]/(1+i)r´=+[(0)-]/(1+22)（r()的实部）r´´=[(0)-]/(1+22)（r()的虚部）tg=r´´/r´其中：(0)-----低或静态的相对介电常数------时的相对介电常数德拜研究了电介质的介电常数r´、反映介电损耗的r´´、所加电场的角频率及松弛时间间的关系。德拜