lec4-材料的介電性能-資料下載頁(yè)
2024-10-18 15:27本頁(yè)面
【正文】 與交變電壓的相位差為 90176。 ，相當(dāng)于流過 “ 純電容 ” 的電流，這部分電流不作功； *039。39。39。*0** )()( VCiidtdVCtiI ????? ?==CR iIIVCCi ?=?= *039。39。039。 )( ???? 我們用 “ 電阻 ” 電流與 “ 電容 ” 電流之比表征介質(zhì)的介電損耗： ??????????=???==*0*0VCVCIItgCR?tg正比于 ，故也常用 表示材料介電損耗的大小。 的物理意義是在每個(gè)交變電壓周期中，介質(zhì)損耗的能量與儲(chǔ)存能量之比。 ?tg?tg?tg?tg越小，表示能量損耗越小。 理想電容器（即真空電容器） =0，無能量損失。 39。39。?式中 δ稱介電損耗角， 稱介電損耗正切。 介電損耗 德拜公式： ?r(?)=??+[ ?(0) ??] /(1+i ??) ?r180。 = ??+[ ?(0) ??] /(1+ ?2?2) （ ?r(?)的實(shí)部） ?r180。180。 = [ ?(0) ??] ?? /(1+ ?2?2) （ ?r(?)的虛部） tan?=?r180。180。/ ?r180。 其中： ?(0) 低或靜態(tài)的相對(duì)介電常數(shù) ?? ???時(shí)的相對(duì)介電常數(shù) 德拜研究了電介質(zhì)的介電常數(shù) ?r180。 、反映介電損耗的 ?r180。180。、所加電場(chǎng)的角頻率及松弛時(shí)間間的關(guān)系。 1 10 ?? ?? ?(0) ?r180。180。 ?r180。 ??=1， ?r180。180。最大，大于或小于 1 時(shí)， ?r180。180。都小， 即：松弛時(shí)間和所加電場(chǎng)的頻率相比，較大時(shí)，偶極子來不及轉(zhuǎn)移定向， ?r180。180。就??；松弛時(shí)間比所加電場(chǎng)的頻率還要迅速， ?r180。180。也小。 電場(chǎng)頻率的影響 材料的介電性能也隨交變電場(chǎng)頻率而變。 當(dāng)電場(chǎng)頻率較低時(shí)（ ω→0，相當(dāng)于高溫），電子極化、原子極化和取向極化都跟得上電場(chǎng)的變化，因此取向程度高，介電系數(shù)大，介電損耗小（ →0），見下圖。 在高頻區(qū)（光頻區(qū)），只有電子極化能跟上電場(chǎng)的變化，偶極取向極化來不及進(jìn)行（相當(dāng)于低溫），介電系數(shù)降低到只有原子極化、電子極化所貢獻(xiàn)的值，介電損耗也很小。 在中等頻率范圍內(nèi)，偶極子一方面能跟著電場(chǎng)變化而運(yùn)動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)速度又不能完全適應(yīng)電場(chǎng)的變化，偶極取向的位相落后于電場(chǎng)變化的位相，一部分電能轉(zhuǎn)化為熱能而損耗，此時(shí)增大，出現(xiàn)極大值，而介電系數(shù)隨電場(chǎng)頻率增高而下降。 介質(zhì)的擊穿：外加電場(chǎng)強(qiáng)度超過某一臨界值時(shí)，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)的現(xiàn)象。 介電強(qiáng)度：相應(yīng)的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度。 熱擊穿 電擊穿 化學(xué)擊穿 電介質(zhì)在電場(chǎng)中的破壞 —— 介電強(qiáng)度 熱擊穿 。電極間介質(zhì)在一定外加電壓作用下，其中不大的電導(dǎo)最初引起較小的電流。電流的焦耳熱使樣品溫度升高。但電介質(zhì)的電導(dǎo)會(huì)隨溫度迅速變大而使電流及焦耳熱增加。若樣品及周圍環(huán)境的散熱條件不好，則上述過程循環(huán)往復(fù)，互相促進(jìn)，最后使樣品內(nèi)部的溫度不斷升高而引起損壞。在電介質(zhì)的薄弱處熱擊穿產(chǎn)生線狀擊穿溝道。擊穿電壓與溫度有指數(shù)關(guān)系，與樣品厚度成正比；但對(duì)于薄的樣品，擊穿電壓比例于厚度的平方根。熱擊穿還與介質(zhì)電導(dǎo)的非線性有關(guān)，當(dāng)電場(chǎng)增加時(shí)電阻下降，熱擊穿一般出現(xiàn)于較高環(huán)境溫度。在低溫下出現(xiàn)的是另一種類型的電擊穿。 電擊穿 。又稱本征擊穿。電介質(zhì)中存在的少量傳導(dǎo)電子在強(qiáng)外電場(chǎng)加速下得到能量。若電子與點(diǎn)陣碰撞損失的能量小于電子在電場(chǎng)加速過程中所增加的能量，則電子繼續(xù)被加速而積累起相當(dāng)大的動(dòng)能，足以在電介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生碰撞電離，形成電子雪崩現(xiàn)象。結(jié)果電導(dǎo)急劇上升，最后導(dǎo)致?lián)舸? 在不完整或摻雜單晶和一些非晶態(tài)電介質(zhì)中，缺陷和雜質(zhì)形成的淺位阱束縛的電子所需激活能要比禁帶寬度小很多。受外電場(chǎng)加速的傳導(dǎo)電子更容易使這部分電子被激活參與導(dǎo)電而引起擊穿。 電擊穿的另一種機(jī)制是 1934年 模型。認(rèn)為強(qiáng)外電場(chǎng)使能帶發(fā)生傾斜。因而價(jià)帶上的電子出現(xiàn)隧道效應(yīng)。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)為 106V/cm數(shù)量級(jí)時(shí) ,電子可通過隧道效應(yīng)移動(dòng)幾百個(gè)原子的距離。在約 1012秒時(shí)間內(nèi)導(dǎo)帶就可以出現(xiàn)足夠數(shù)量的電子而引起擊穿。 此外，在強(qiáng)電場(chǎng)下金屬電極中的自由電子也可以注入于電介質(zhì)而參與導(dǎo)電，稱為外部冷發(fā)射。 化學(xué)擊穿 。電介質(zhì)中強(qiáng)電場(chǎng)產(chǎn)生的電流在例如高溫等某些條件下可以引起電化學(xué)反應(yīng)。例如離子導(dǎo)電的固體電介質(zhì)中出現(xiàn)的電解、還原等。結(jié)果電介質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，或者是分離出來的物質(zhì)在兩電極間構(gòu)成導(dǎo)電的通路。或者是介質(zhì)表面和內(nèi)部的氣泡中放電形成有害物質(zhì)如臭氧、一氧化碳等，使氣泡壁腐蝕造成局部電導(dǎo)增加而出現(xiàn)局部擊穿，并逐漸擴(kuò)展成完全擊穿。溫度越高，電壓作用時(shí)間越長(zhǎng)，化學(xué)形成的擊穿也越容易發(fā)生。
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