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電介質(zhì)介電性能的影響因素
閱讀：2817發(fā)布時間：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,。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，因此,，外界因素對介電性能的影響,，本質(zhì)就是對電介質(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),，在實驗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,。當交變電場的頻率大于松弛頻率時,，材料的該種極化則跟不上電場的變化，基本消失,，也不再會對介電常數(shù)產(chǎn)生貢獻,，因此，隨頻率的增大,，介電常數(shù)在松弛頻率附近通常都會有一個臺階式的下降,，如圖 1.4 所示。而且該種極化在所有極化中占的比重越大,，相對應的介電常數(shù)下降越多,。極化是一個松弛過程，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尖峰,，如圖 1.4 所示。
溫度對電介質(zhì)的影響非常復雜,。對于晶體而言,，還涉及晶型轉(zhuǎn)變等復雜的過程，比如,，偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物在 70 oC 左右會發(fā)生鐵電體和順電體之間的轉(zhuǎn)變,，介電常數(shù)達到最大值。這種轉(zhuǎn)變和各種晶體的自身結(jié)構有關,，這里就不再詳述,。這里討論的溫度對聚合物電介質(zhì)介電性能的影響，不涉及聚合物晶型轉(zhuǎn)變,。溫度的變化會改變某一固定頻率的介電性能,，變化趨勢和頻率有關。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,，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,，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，溫度的影響與時溫等效有點類似,，隨溫度的升高,，載流子和偶極的活動性都會增大，使得極化松弛時間變短,，相當于頻譜的形狀沒有變化而位置卻向高頻移動Fattoum 等在研究聚苯胺/聚甲基丙烯酸甲酯（PAni/PMMA）復合體系的介電松弛時發(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,，但形狀幾乎沒有變化，如圖 1.6 所示,。
溫度對松弛的影響因松弛機理的不同而不同,。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 對溫度的倒數(shù)作圖,，依據(jù)斜率計算出該松弛的活化能,，深入研究松弛機理。有些松弛與溫度的關系則是符合 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,，可以利用松弛時間來估算聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度：
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