无机材料物理性能 第七章无机材料的介电性能 材料科学与工程学院 郭学
无机材料物理性能 材料科学与工程学院 郭学 第七章 无机材料的介电性能
7.无机材料的介电性能 7.1介质的极化
7. 无机材料的介电性能 7.1 介质的极化
7.1介质的极化 偶极子：在极化的过程中，构成质点的正负电荷沿电场方向在有限范围 内短程移动，正负电荷重心分离，形成一个偶极子。 束缚电荷：电介质极化后可在电介质内部和表面上产生附加电荷，由于 这种电荷不像导体中的自由电荷那样可用传导的方法引走，它在电场力 作用下只能在原子或分子范围内做微小位移，故称作束缚电荷或极化电 荷
7.1 介质的极化 偶极子：在极化的过程中，构成质点的正负电荷沿电场方向在有限范围 内短程移动，正负电荷重心分离，形成一个偶极子。 束缚电荷：电介质极化后可在电介质内部和表面上产生附加电荷，由于 这种电荷不像导体中的自由电荷那样可用传导的方法引走，它在电场力 作用下只能在原子或分子范围内做微小位移，故称作束缚电荷或极化电 荷
7.1介质的极化 极化率：材料的极化能力 单位电场强度下的质点的电偶极矩大小称为质点的极化率，通常用 口表示 口=口/Eioc Ec:局部电场，即作用在微观质点上的局部电场，包括外加宏观电场， 周围极化质点对其作用的微观电场。 极化率表征的是介质的极化能力，只与材料的性质有关 其单位是Fr
7.1 介质的极化 单位电场强度下的质点的电偶极矩大小称为质点的极化率 ，通常用 表示： = / Eloc Eloc：局部电场 ，即作用在微观质点上的局部电场，包括外加宏观电场， 周围极化质点对其作用的微观电场。 极化率表征的是介质的极化能力，只与材料的性质有关 其单位是 F• m2 极化率：材料的极化能力
7.1介质的极化 极化强度： 介质单位体积内的电偶极矩的总和称为介质的极化强 度，通常用表示。 nmi n：单位体积内的极化粒子数 μ：：各质点的平均偶极矩 极化强度表明电介质在电场作用下的极化程度，单位为C㎡。 偶极子和电场方向相同，其标量形式为： P nm na Etoc
7.1 介质的极化 极化强度： 介质单位体积内的电偶极矩的总和称为介质的极化强 度，通常用P表示。 n ：单位体积内的极化粒子数 μi : 各质点的平均偶极矩 极化强度表明电介质在电场作用下的极化程度，单位为 C/m 2 。 偶极子和电场方向相同，其标量形式为：
7.1介质的极化 7.1.3极化机制 电子极化 介质极化种类 离子极化 偶极子极化 极化的基本形式： 第一种：位移式极化 - 弹性的、瞬间完成的、不消耗能量的极化。 第二种：松弛极化（弛豫极化）-与热运动有关，其完成需要一定的时 间，且是非弹性的，需要消耗一定的能量
7.1 介质的极化 7.1.3 极化机制 极化的基本形式： 第一种：位移式极化 - 弹性的、瞬间完成的、不消耗能量的极化。 第二种：松弛极化（弛豫极化） - 与热运动有关，其完成需要一定的时 间，且是非弹性的，需要消耗一定的能量。 介质极化种类 电子极化 离子极化 偶极子极化
7.1介质的极化 各种极化形式的比较 极化形式 极化的电 极化的频 与温度的关 能量消耗 介质种类 率范围 系 电子位移 一切陶瓷 直流 无关 无 极化 可见光频 离子位移 离子结构 直流一 温度升高极 很弱 极化 红外 化增强 离子松弛 离子不紧 直流— 随温度变化 有 极化 密的材料 超高频 有极大值 电子位移 高价金属 直流 随温度变化 有 松弛极化 氧化物 超高频 有极大值 转向极化 有机 直流 随温度变化 有 超高频 有极大值 空间电荷 结构不均 直流一 随温度升高 有 极化 匀的材料 高频 而减小
7.1 介质的极化 各种极化形式的比较 极化形式 极化的电 介质种类 极化的频 率范围 与温度的关 系 能量消耗 电子位移 极化 一切陶瓷 直流—— 可见光频 无关 无 离子位移 极化 离子结构 直流—— 红外 温度升高极 化增强 很弱 离子松弛 极化 离子不紧 密的材料 直流—— 超高频 随温度变化 有极大值 有 电子位移 松弛极化 高价金属 氧化物 直流—— 超高频 随温度变化 有极大值 有 转向极化 有机 直流—— 超高频 随温度变化 有极大值 有 空间电荷 极化 结构不均 匀的材料 直流—— 高频 随温度升高 而减小 有
7.无机材料的介电性能 7.2介质损耗
7. 无机材料的介电性能 7.2 介质损耗
7.2介质损耗 介电损耗：介电损耗是指电介质在交变电场中，由于消耗部分电能 而使电介质本身发热的现象。 原因，电介质中含有能导电的载流子，在外加电场作用下，产生导 电电流，消耗掉一部分电能，转为热能
7.2 介质损耗 介电损耗：介电损耗是指电介质在交变电场中，由于消耗部分电能 而使电介质本身发热的现象。 原因，电介质中含有能导电的载流子，在外加电场作用下，产生导 电电流，消耗掉一部分电能，转为热能
7.2介质损耗 1.介质损耗的表示方法 电介质在恒定电场作用下所损耗的能量与通过其内部的电流有关。 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）； 无能量损耗 介质极化的建立引起电流：与松弛极化等有关（极化损耗） 有能量损耗 介质的电导造成的电流：与自由电荷有关（电导损耗）
7.2 介质损耗 1.介质损耗的表示方法 电介质在恒定电场作用下所损耗的能量与通过其内部的电流有关。 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：与松弛极化等有关（极化损耗）； 介质的电导造成的电流：与自由电荷有关（电导损耗）。 无能量损耗 有能量损耗