电介质及其极化课件.ppt

1、1.以以电荷长程迁移电荷长程迁移即即传导传导的方式（可以是电子传导、空的方式（可以是电子传导、空穴传导和离子传导）对外电场作出响应，这类材料即穴传导和离子传导）对外电场作出响应，这类材料即导导电材料电材料；。材料对外电场作用的响应材料对外电场作用的响应2.以以感应的方式感应的方式对外电对外电场作出响应，即沿电场场作出响应，即沿电场方向产生方向产生电偶极矩电偶极矩或或电电偶极矩的改变偶极矩的改变，这类材，这类材料称为料称为电介质电介质；这种现；这种现象称为象称为电介质的极化电介质的极化。极化极化绝缘体绝缘体电介质电介质 将物质分类为绝缘体、半导体、导体、以及超将物质分类为绝缘体、半导体、导体、以

2、及超导体时，其依据是物质的电荷传导特性或者说电荷导体时，其依据是物质的电荷传导特性或者说电荷长程迁移特性。电荷的传导（电荷的长程迁移），长程迁移特性。电荷的传导（电荷的长程迁移），作为物质对外电场的响应，其宏观表现即为电流。作为物质对外电场的响应，其宏观表现即为电流。根据欧姆定律根据欧姆定律:J=E，其中，其中J为电流密度，为电流密度，E电场强电场强度，而度，而为电导率张量为电导率张量(二阶对称张量二阶对称张量)。电导率反映。电导率反映了物质的电荷传输特性或曰电荷长程迁移特性。了物质的电荷传输特性或曰电荷长程迁移特性。物质对外电场的响应除去电荷的传导外，还有电荷短程物质对外电场的响应除去电荷的

3、传导外，还有电荷短程运动与位移。这种电荷的短程运动与位移称为运动与位移。这种电荷的短程运动与位移称为极化极化(Polarization)，其结果是促使正负电荷中心偏移、从，其结果是促使正负电荷中心偏移、从而产生而产生电偶极矩电偶极矩。而。而以极化方式传递、储存或记录外电以极化方式传递、储存或记录外电场作用和影响的物质就是电介质场作用和影响的物质就是电介质。显然，。显然，电介质中起主电介质中起主要作用的乃是束缚电荷而非自由电荷要作用的乃是束缚电荷而非自由电荷。极化可以来自极。极化可以来自极性晶体或分子的自发极化、也可以来自电场的诱导作用。性晶体或分子的自发极化、也可以来自电场的诱导作用。介电常数

4、的物理意义可以理解为电介质在极化过程中储介电常数的物理意义可以理解为电介质在极化过程中储存电荷能力之度量存电荷能力之度量。传导传导与与极化极化是是物质对电场的两种主要响应方式物质对电场的两种主要响应方式，它们虽有主次、但往往同时存在。当我们主要关注其它们虽有主次、但往往同时存在。当我们主要关注其传导特性时，将物质分类为绝缘体、半导体与导体；传导特性时，将物质分类为绝缘体、半导体与导体；而当我们重点关注其极化特性时，则将物质分类为顺而当我们重点关注其极化特性时，则将物质分类为顺电体、铁电体、反铁电体、压电体、热释电体等电介电体、铁电体、反铁电体、压电体、热释电体等电介质。质。电介质与绝缘体是相互

5、密切联系、然而并不能等电介质与绝缘体是相互密切联系、然而并不能等同的两个概念。绝缘体肯定是电介质，但电介质却不同的两个概念。绝缘体肯定是电介质，但电介质却不仅仅包括绝缘体。虽然大部分实用电介质材料为绝缘仅仅包括绝缘体。虽然大部分实用电介质材料为绝缘体，然而半导体甚至金属都有电介质的特性、只是其体，然而半导体甚至金属都有电介质的特性、只是其对外电场的响应中传导效应远远超过了极化效应而已。对外电场的响应中传导效应远远超过了极化效应而已。真空真空+E+自由电荷自由电荷+偶极子偶极子束缚电荷束缚电荷1.具有一系列偶极子和具有一系列偶极子和束缚电荷的极化现象束缚电荷的极化现象极化现象及其物理量极化现象及

6、其物理量在外电场中，电介质表面出现的在外电场中，电介质表面出现的束缚电荷叫做束缚电荷叫做极化电荷极化电荷。极化形式极化形式极化的电极化的电介质种类介质种类极化的频极化的频率范围率范围与温度的关与温度的关系系能量消耗能量消耗电子位移电子位移极化极化一切陶瓷一切陶瓷直流直流光频光频无关无关无无离子位移离子位移极化极化离子结构离子结构直流直流红外红外温度升高极温度升高极化增强化增强很弱很弱离子松弛离子松弛极化极化离子不紧离子不紧密的材料密的材料直流直流超高频超高频随温度变化随温度变化有极大值有极大值有有电子位移电子位移松弛极化松弛极化高价金属高价金属氧化物氧化物直流直流超高频超高频随温度变化随温度变化有极大值有极大值有有转向极化转向极化有机有机直流直流超高频超高频随温度变化随温度变化有极大值有极大值有有空间电荷空间电荷极化极化结构不均结构不均匀的材料匀的材料直流直流高频高频随温度升高随温度升高而减小而减小有有 各种极化形式的比较各种极化形式的比较空间电荷极化空间电荷极化松弛极化松弛极化离子极化离子极化电子极化电子极化 工频工频 声频声频 无线电无线电 红外红外 紫外紫外极极化化率率或或 极化率和介电常数与频率的关系极化率和介电常数与频率的关系