【正文】 Electronic Ceramics and Their Applications . Chen (陳湘明 ) Department of Materials Science amp。 Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027 Tel: 87952112。 Email: Web: Brief Introduction of . Chen ? Was born in Hunan 1959 ? . Dept. Mater. Sci.amp。 Eng., Central South University in 1981 ? PhD Dept. Mater. Sci. amp。 Metallurgy, The University of Tokyo in 1991 ? Research Scientist at Yokohama Ramp。D Labs., Furukawa Electric Co. Ltd. (Japan), 19911994 ? Associate Professor, Dept. Mater. Sci. Eng., Zhejiang Univ. 19941996 ? Professor, Dept. Mater. Sci. Eng., Zhejiang Univ., Since 1996 ? Distinguished Young Scientist Foundation of NSFC in 2022 ? Professor of ―Changjiang Scholar Program‖ 2022 ? Member of International Advisory Board of MMA2022, MMA2022, MMA2022 ? Chairman, MMA2022 (Inuyama, Japan) amp。 MMA2022 (Hangzhou, China) ? Member of Executive Board, Asian Electroceramics Association (AECA). ? Authored or coauthored more than 140 papers in pierreviewed international journals ? … Research Activities in . Chen’s Group ? 微波介質陶瓷及其應用 (Microwave dielectric ceramics and their applications) ? 中介電常數(shù)微波介質陶瓷新體系 ? 低介電常數(shù)微波介質陶瓷新體系 ? 疊層介質諧振器 ? 可調諧介電薄膜 ? 鐵電與介電新材料 (Ferroelectric and dielectric new materials) ? 巨介電常數(shù)材料 (Giant dielectric constant materials) ? 非鉛鐵電與弛豫鐵電陶瓷 (Pbfree ferroelectric and relaxor ferroelectric ceramics) ? 微圖案鐵電薄膜 (Micropatterned ferroelectric thin films) ? 復相與多功能耦合陶瓷 (Composite and multifunctional ceramics) ? 磁電復相陶瓷 (Magetoelectric posite ceramics) ? 多鐵性材料 (Multiferroic materials) ? 磁性電介質 (Magic dielectrics) 功能陶瓷的基本概念 與結構陶瓷相對應的概念，主要指具備特定的電、磁、聲、光、熱等物理性能的陶瓷材料； 電子陶瓷是功能陶瓷的主體； 電子陶瓷： 介電陶瓷 (絕緣陶瓷 )、鐵電陶瓷、反鐵電陶瓷、壓電陶瓷、熱釋電陶瓷、半導體陶瓷、電光陶瓷、磁性陶瓷等 在電子、通訊、軍事、以及家電技術中有著廣泛的應用。 功能陶瓷的學科關系 學科基礎： 固體物理、固體化學、電磁學、材料科學基礎 相關學科： 電子、通訊、儀器儀表等 無機非金屬材料 功能材料 功能陶瓷 功能陶瓷 — 現(xiàn)代電子技術的 三 大物質基礎之一 半導體材料 電介質材料 (功能陶瓷 ) 光電子材料 微電子學 固體電子學 光電子學 電子材料 Primary Contents Elements of Dielectrics (電介質 ) and Ceramic Insulators Ferroelectric(鐵電 ), Relaxor Ferroelectric(馳豫鐵電 ), Antiferroelectric (反鐵電 ) Ceramics and Ceramic Capacitors(電容器 ) Microwave Dielectric Ceramics(微波介質陶瓷 ) Piezoelectric(壓電 ) and Optoelectric Ceramics Ceramic Sensors ZnO Varistors(變阻器 ) Conducting Ceramics Chapter 1 Elements of Dielectrics and Ceramic Insulators I. Elements of Dielectrics 物質按導電性能的分類 載流子長程運動與位移 —傳導、宏觀電流 ? 導體： 金屬、部分非金屬 ? 半導體： 部分非金屬單質與化合物 ? 絕緣體 （無載流子長程運動與位移）：大部分非金屬單質與化合物 載流子短程運動與位移 —極化 (Polarization) ? 電介質 （絕緣體 +半導體；通常為絕緣體） 電介質的基本物理概念 極化 極化 正負電荷中心偏移 偶極矩 (dipole moment) p=Qdx () 極化強度 P P=dp/dV=Njmj () (Nj=number of dipoles of type j。 mj=average dipole moment) mj= aj E’ () aj polarizability of average dipole moment。 E’ local electric field P=sp (surface charge density) () 極化機理 at= as+ao+ai+ae () aeElectronic (Atomic) Polarization。 ai Ionic Polarization。 aoOrientation (Dipolar) Polarization。 as Space Charge or Diffusional Polarization 電位移 D、 電場強度 E與極化強度 P的關系 For case a): E=s/e0 () s surface charge density For case b): E=(sTsP)/e0 () sT – total surface charge density。 sP – polarazation charge density Since P= sP and sT=D (electric displacement) e0 E=PD () D= e0 E+ P () If the dielectric is linear, P=ce e0 E, so that D= e0 E+ ce e0 E=(1+ ce) e0 E () where, ce is electric susceptibility, a tensor of the second rank 介電常數(shù) (Dielectric Constant) Since D= sT, QT/A= (1+ ce) e0 U/h () QT =(1+ ce) e0 UA/h () C=QT/U= (1+ ce) e0 A/h () Since vacuum has zero susceptibility, C0=e0 A/h () If the space between the plates is filled with a di