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高介電常數(shù)材料有哪些,，高介電材料的概述
閱讀：7360發(fā)布時間：2022-10-13
1 基本概念
高介電材料的概念最初來源于半導(dǎo)體行業(yè)，和二氧化硅相比,，介電常數(shù)高的材料稱為高介電材料,。后來，這個用法擴(kuò)展到電子電氣行業(yè),，并引發(fā)了研發(fā)高介電材料的熱潮
電介質(zhì)在外加電場下會發(fā)生極化,，如圖 1.1 所示，介電常數(shù)（ε）是電介質(zhì)的核心參數(shù),，可以用來表征電介質(zhì)在外加電場下極化和儲存電荷的能力,。材料的介電常數(shù)很小，通常用相對介電常數(shù)來表述,，即材料的實際介電常數(shù)和真空介電常
數(shù)（ε0,，8.85x10-12 F/m）的比值,。在本文中，除特別說明外,，介電常數(shù)都是指相對介電常數(shù),。
在交變電場下，電介質(zhì)的電場響應(yīng)復(fù)雜,，這時候材料的介電性能通常用復(fù)數(shù)形式的介電常數(shù)（ε*）表示,，如公式 1.1 所示。當(dāng)給電介質(zhì)施加交變電場,，內(nèi)部電荷分布的結(jié)構(gòu)會發(fā)生相應(yīng)的變化,，正負(fù)電荷遷移，或偶極取向,，產(chǎn)生極化,，相應(yīng)的可以用介電常數(shù)實部（ε′）表征；電荷遷移或偶極取向的過程中,，會損失部分電能,，可以用介電常數(shù)的虛部（ε″）（也有文獻(xiàn)中叫介電損耗因子）來表征。介電常數(shù)虛部和實部的比值稱為介電損耗（tan δ）,，如公式 1.2 所示。介電損耗主要來源有界面極化,、偶極松弛和漏電電流,，因此損耗因子可以由公式 1.3來表示。電介質(zhì)的電場響應(yīng)非常復(fù)雜,，有時候為了便于分析電介質(zhì)的極化和松弛現(xiàn)象,，人們常采用電模量參數(shù)。電模量可以忽略漏電電流和電極差異的影響,，能很好的反映低頻下界面極化和偶極取向的電場響應(yīng),。電模量常用復(fù)數(shù)形式表示，分為實部和虛部,，如公式 1.4 所示：
在兩塊平行的電極中間填入電介質(zhì),，可以形成最常見的平行板電容器。當(dāng)一外在電壓施加到兩電極上時,，電極上就會聚集相應(yīng)的電荷,。其中，電荷的總量和電壓成正比,，比值為平板電容器的電容,。
其中，Q 為電量,，V 為電壓,，C 為電容,。電容的大小不僅和電介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)，還和電極的幾何形狀有關(guān),，符合如下關(guān)系：
其中 A 是電極的面積,，d 是平板間的距離。平板電容在施加電壓的時候可以儲存電能,，中間的電介質(zhì)材料也會發(fā)生極化,。它的極化曲線（電滯曲線）如圖 1.2 所示，電位移隨施加電場的增大而增大,。圖中陰影部分為材料的放電能量密度,，也叫儲能密度，它也可以用以下公式計算：
儲能密度的大小和電場有關(guān),，對線性材料,，儲能密度和電場的平方成正比，可以 用如下公式表示：
圖中曲線包圍的區(qū)域（斜線部分）為損耗能量密度,，損耗能量密度和放電能量密度之和為充電能量密度,，放電能量密度與充電能量密度的比值為儲能效率：
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