《材料物理性能》课程教学课件（PPT讲稿）第四部分 材料的介电性能

第四部分(3)材料的介电性能 主要内容： 7.1概论 7.2介质的极化 73介质的损耗 7.4介电强度 7.5铁电性与压电性 难点内容： 7.3介质的损耗 7.4介电强度 7.5铁电性与压电性

第四部分（3） 材料的介电性能 主要内容： 7.1 概论 7.2 介质的极化 7.3 介质的损耗 7.4 介电强度 7.5 铁电性与压电性 难点内容： 7.3 介质的损耗 7.4 介电强度 7.5 铁电性与压电性

7.1概论 电介质：在电场作用下，能产生极化的一切物质。通常 是指电阻率大于100？·cm的一类在电场中以感应而并非 传导的方式旦而甘由当性触的物质 ● 能承受有 目下，束缚电 荷出现乡 的)，结果促 使正负 naod 专递、存储或 记录外 在电工x公T,比川从土女州H为出 u绝缘材料， 故电介质亦称为电绝缘材料

7.1 概论 电介质：在电场作用下，能产生极化的一切物质。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。 ⚫ 能承受较强的外电场，同时在外电场作用下，束缚电 荷出现短程运动与位移（原子尺度范围内），结果促 使正负电荷中心偏移，通过这种方式来传递、存储或 记录外电场的影响。 ⚫ 在电工技术中，电介质主要用作为电气绝缘材料， 故电介质亦称为电绝缘材料

OΘΘΘΘO 真 E 电介质 ⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕ A Co 0 d C= Co× A:电容器极板面积 电介质的介电系数 d:极板间距 8, 相对介电系数 8o:真空介电系数 Cd 反映了电介质 Eo A 的极化能力

真 空 － + + + + － － － E － + + + + － － － － － － + + + d A C 0 0 =  C C C r    0 0 = 0  = A：电容器极板面积 d：极板间距 ε0：真空介电系数 ε：电介质的介电系数 εr：相对介电系数 A Cd C C r = =  0 0 1   电 介 质 反映了电介质 的极化能力

常见材料的相对介电常数 真空 空气 乙醇 水 石英 玻璃 石蜡 1.00000 1.00059 26.4 80.1 4.274.34 3.80 2.0-2.5 聚乙烯 聚四氟乙烯 聚氯乙烯 环氧树脂 天然橡胶 酚醛树脂 2.26 2.11 4.55 3.6-4.1 2.6-2.9 5.1-8.6 氧化铝 NaCl 钛酸钙 金红石(Ti02) 钛酸钡 11.28～13.27 6.12 130-150 86-170 1604500

真空 空气 乙醇 水 石英 玻璃 石蜡 1.00000 1.00059 26.4 80.1 4.27~4.34 3.80 2.0~2.5 氧化铝 NaCl 钛酸钙 金红石（TiO2） 钛酸钡 11.28~13.27 6.12 130~150 86~170 160~4500 聚乙烯 聚四氟乙烯 聚氯乙烯 环氧树脂 天然橡胶 酚醛树脂 2.26 2.11 4.55 3.6~4.1 2.6~2.9 5.1~8.6 常见材料的相对介电常数

常用电介质的种类 无机材料 具有优良的介电性能 ● 室温时在应力作用下，无蠕变或形变 电子电路中的电 容元件、电绝缘 有较大的抵抗环境变化能力 体、谐振器。 能够与金属进行气密封接 (按性质分类 有机高分子材料 ·便宜 易制成更精确的尺寸 电机、电器的绝缘

常 用 电 介 质 的 种 类 （ 按 性 质 分 类 ） 无机材料 ⚫ 具有优良的介电性能 ⚫ 室温时在应力作用下，无蠕变或形变 ⚫ 有较大的抵抗环境变化能力 ⚫ 能够与金属进行气密封接 有机高分子材料 ⚫ 便宜 ⚫ 易制成更精确的尺寸 电子电路中的电 容元件、电绝缘 体、谐振器。 电机、电器的绝缘

7.2介质的极化 7.2.1极化 极化：电介质的带电粒子是被原子、分子的内力或分子间 的力紧密束缚着，因此这些粒子的电荷为束缚电荷。在外 电场作用下，这些由荷只能在微观范围内移动，这个过程 就称为极化。 电介质按其极化机制，可分为无极分子电介质和有极分子 电介质 ●无极分子：在没有外电场时，分子正、负电荷中心重合 。有极分子：无外电场时，分子正、负电荷中心不重合 每一个分子相当于一个电偶极子

7.2.1 极化 极化：电介质的带电粒子是被原子、分子的内力或分子间 的力紧密束缚着，因此这些粒子的电荷为束缚电荷。在外 电场作用下，这些电荷只能在微观范围内移动，这个过程 就称为极化。 7.2 介质的极化 电介质按其极化机制，可分为无极分子电介质和有极分子 电介质 ⚫ 无极分子：在没有外电场时，分子正、负电荷中心重合 ⚫ 有极分子：无外电场时，分子正、负电荷中心不重合 每一个分子相当于一个电偶极子

无极分子 有极分子 (a)He (6)CH4 (a)HCI 6)H20 (c)NH3 无极分子极化 ⊙t 有极分子极化

无极分子 有极分子 无极分子极化 有极分子极化

极化的微观机制（无极分子）： 正负电 D®⊕⊕®田® 荷重合 ⊕ 无外电场 有外电场 材料内部 。介质极化的微观质点是原子、分子、离子、电子等 ●无外电场时，质点正负中心重合，不显电性。 ●有外电场时，正负重心不重合，正负电荷之间拉开一段距离

⚫ 介质极化的微观质点是原子、分子、离子、电子等， ⚫ 无外电场时，质点正负中心重合，不显电性。 ⚫ 有外电场时，正负重心不重合，正负电荷之间拉开一段距离。 无外电场 有外电场 材料内部 正负电 荷重合 极化的微观机制(无极分子)：

7.2.2极化的物理量 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。 偶极子一般指相距很近的符号相反的一对电荷 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

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。 偶极子一般指相距很近的符号相反的一对电荷 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。 7.2.2 极化的物理量

偶极子及束缚电荷示意图： ○自由电荷 +一 偶极子 束缚电荷

偶极子及束缚电荷示意图： E － + + + + － － － － + + － － + 自由电荷 + － 偶极子 束缚电荷 + －+ － + －+ － + －+ －