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電介質(zhì)介電性能的影響因素
閱讀：3088發(fā)布時(shí)間：2022-10-13
電介質(zhì)介電性能的影響因素
電介質(zhì)的介電性能并不是固定不變的,，而是和電介質(zhì)所處的環(huán)境有關(guān),。常見影響材料介電性能的參數(shù)有溫度和電場頻率,。介電性能是電介質(zhì)在電場下微觀極化的宏觀反應(yīng)，因此,，外界因素對(duì)介電性能的影響,，本質(zhì)就是對(duì)電介質(zhì)的微觀極化的影響。
電介質(zhì)的微觀極化在宏觀參數(shù)的表現(xiàn)形式為介電常數(shù),，在實(shí)驗(yàn)中用儀器測得的材料介電常數(shù)是所有極化的綜合表現(xiàn),。每種極化形式都有一特定的松弛頻率，不同的極化松弛頻率不同,。當(dāng)交變電場的頻率大于松弛頻率時(shí),，材料的該種極化則跟不上電場的變化，基本消失,，也不再會(huì)對(duì)介電常數(shù)產(chǎn)生貢獻(xiàn),，因此，隨頻率的增大,，介電常數(shù)在松弛頻率附近通常都會(huì)有一個(gè)臺(tái)階式的下降,，如圖 1.4 所示。而且該種極化在所有極化中占的比重越大,，相對(duì)應(yīng)的介電常數(shù)下降越多,。極化是一個(gè)松弛過程，不是瞬間完成的,。在松弛頻率附近,，電介質(zhì)的極化滯后于電場變化，介電損耗迅速增加,，在松弛頻率附近形成一個(gè)尖峰,，如圖 1.4 所示。
溫度對(duì)電介質(zhì)的影響非常復(fù)雜,。對(duì)于晶體而言,，還涉及晶型轉(zhuǎn)變等復(fù)雜的過程，比如,，偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物在 70 oC 左右會(huì)發(fā)生鐵電體和順電體之間的轉(zhuǎn)變,，介電常數(shù)達(dá)到最大值。這種轉(zhuǎn)變和各種晶體的自身結(jié)構(gòu)有關(guān),，這里就不再詳述,。這里討論的溫度對(duì)聚合物電介質(zhì)介電性能的影響，不涉及聚合物晶型轉(zhuǎn)變,。溫度的變化會(huì)改變某一固定頻率的介電性能,，變化趨勢和頻率有關(guān)。比如 Xu 等在研究尼龍 610 的介電性能的過程中發(fā)現(xiàn),，材料的介電性能在不同頻率下隨溫度的變化趨勢是不同的,，如圖 1.5 所示,。從圖中可以看出，在 100 Hz時(shí),，介電常數(shù)和損耗因子隨溫度增加而迅速增大,；而在 1 MHz 時(shí)，介電常數(shù)隨溫度變大而變大的趨勢減弱,，損耗因子隨溫度增大先增大后減小,。為了便于深入研究溫度的影響，人們通常把溫度和頻率一起研究,。在聚合物基體中,，溫度的影響與時(shí)溫等效有點(diǎn)類似，隨溫度的升高,，載流子和偶極的活動(dòng)性都會(huì)增大,，使得極化松弛時(shí)間變短，相當(dāng)于頻譜的形狀沒有變化而位置卻向高頻移動(dòng)Fattoum 等在研究聚苯胺/聚甲基丙烯酸甲酯（PAni/PMMA）復(fù)合體系的介電松弛時(shí)發(fā)現(xiàn),，該材料電模量虛部的松弛峰隨溫度的提高而向高頻移動(dòng),，但形狀幾乎沒有變化，如圖 1.6 所示,。
溫度對(duì)松弛的影響因松弛機(jī)理的不同而不同,。有些松弛峰值頻率和溫度呈阿倫尼烏斯關(guān)系（公式 1.9 所示），如聚甲基丙烯酸甲酯的側(cè)鏈松弛和界面極化松弛,。對(duì)于這種松弛,，我們可以測不同溫度下的松弛頻譜，然后用 lnf 對(duì)溫度的倒數(shù)作圖,，依據(jù)斜率計(jì)算出該松弛的活化能,，深入研究松弛機(jī)理。有些松弛與溫度的關(guān)系則是符合 Vogel-Fulcher 方程（公式 1.10）,， 這些松弛多與聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變有關(guān),，可以利用松弛時(shí)間來估算聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度：
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