Применение диэлектриков — Энциклопедия по машиностроению XXL

В табл. 1.1 описываются свойства диэлектриков методом воздействие — отклик . В первую очередь выделяется изменение-свойств диэлектриков под действием электрического поля. При воздействии на диэлектрик других полей (механического, теплового, магнитного), а также при действии излучений (свет, радиоактивность, быстрые частицы и др.) прежде всего рассматриваются изменения электрических свойств под влиянием этих факторов. Многие явления, представляющие интерес для физики и технического применения диэлектриков (особенно в электронике), возникают при совместном воздействии на диэлектрик нескольких факторов, например света и электрического поля, света и механических напряжений и т. п.  [c.18]
В случае применения диэлектрика в качестве материала объемных резонаторов определяющим является требование низких диэлектрических потерь, от которых зависит добротность резонатора. Необходимая величина диэлектриче-с.кой проницаемости зависит от рабочей частоты, типа возбуждаемых волн и требований к оптимальным геометрическим размерам. Так, в области дециметровых волн желательны материалы с величиной е=100—500, а в диапазоне миллиметровых волн лучше располагать материалами с е = 15—30 [31].  [c.88]

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ В ЭЛЕКТРОНИКЕ  [c.251]

При практическом применении диэлектриков — одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов — достаточно четко определились потребности электротехники в, использовании пассивных или активных свойств этих материалов.  [c.4]

Этой закономерностью подтверждается механизм ударной ионизации. При сравнительно больших толщинах, характерных для производственных условий применения диэлектриков (сотые доли мм и выше),электрическая прочность при электрическом пробое может практически не зависеть от толщины. Увеличение электриче-  

[c. 93]

Этой закономерностью подтверждается механизм ударной ионизации. При сравнительно больших толщинах, характерных для производственных условий применения диэлектриков (сотые доли миллиметра и выше), электрическая прочность при электрическом пробое может практически не зависеть от толщины. Увеличение электрической прочности с уменьшением экспозиции, характерное для ударной ионизации, у многих твердых диэлектриков при электрическом пробое наблюдается в строго однородных полях при импульсах порядка 10 —10 сек. При сравнительно больших экспозициях электрическая прочность при электрическом пробое практически не зависит от величины экспозиции, если длительная экспозиция не вызывает вредных явлений, например, разложения диэлектрика под влиянием возникающей ионизации окружающего воздуха или воздушных пор внутри диэлектрика.  

[c.80]

В соответствии с примененным диэлектриком различают конденсаторы а) вакуумные б) воздушные в) газонаполненные г) с жидким диэлектриком д) с твердым органическим диэлектриком (бумажные, пленочные) е) с твердым диэлектриком, пропитанным изоляционной жидкостью ж) с твердым неорганическим диэлектриком (слюда, керамика и др. ) з) с твердым неорганическим диэлектриком, используемом в контакте с электролитом (электролитические конденсаторы).  [c.186]

По конструкции конденсаторы могут быть плоские с двумя обкладками, плоские с несколькими обкладками, цилиндрические с двумя обкладками, цилиндрические с несколькими обкладками, спиральные и др. Согласно примененному диэлектрику, различают конденсаторы вакуумные, воздушные, газонаполненные, с жидким диэлектриком, с твердым органическим диэлектриком (бумажные, пленочные), с твердым диэлектриком, пропитанным изоляционной жидкостью, с твердым неорганическим диэлектриком (слюда, керамика и др.), с твердым неорганическим диэлектриком, используемым в контакте с электролитом (электролитические конденсаторы).  

[c.132]

П6.4. Компаундами полимерными называются композиции на основе эпоксидных, полиэфирных и других смол, а также на основе битумов, высокообразованных диэлектриков и термопластичных полимеров (полистирола, полиизобутилена и др. ), жидкие в момент применения, а затем затвердевающие.  [c.270]

Действие различных поляризующих или анализирующих приборов, рассмотренных выше (турмалин, стеклянное зеркало, стопа и т. д.), типично для всех приспособлений этого рода. Направления колебаний электрического (магнитного) вектора естественного света всегда сортируются этими приборами так, что в один пучок отбирается преимущественно (или сполна) излучение с одним направлением электрических колебаний, а в другой — излучение с перпендикулярным направлением электрических колебаний. Смешение обоих пучков вновь дает естественный свет. Иногда явление несколько осложняется тем обстоятельством, что один из этих пучков претерпевает более или менее полное поглощение (турмалин, непрозрачный диэлектрик). Два взаимно перпендикулярных направления колебаний в двух пучках, образующихся при поляризации, определяются физическими особенностями примененного поляризатора в случае турмалина (и других кристаллов) они определены строением кристалла, в случае зеркала — направлением плоскости падения и т.

д. Эти избранные направления можно назвать главными плоскостями Pi и Да. причем Pi J P-i-  [c.378]

Из всего многообразия физических свойств важнейшими свойствами, характеризующими вещество как диэлектрик, являются электрические — поляризация, электропроводность, диэлектрические потери и т. д. Многие годы диэлектрики применялись в основном как изоляторы. Поэтому наибольшее значение имели их малые электропроводности и диэлектрические потери, высокая электрическая прочность. В современных условиях диэлектрики используют не только в качестве пассивных элементов различных электрических схем. С их помощью осуществляют преобразование механической и тепловой энергии в электрическую (пьезоэлектрики и пироэлектрики). Ряд диэлектриков находит применение для детектирования, усиления, модуляции электрических и оптических сигналов. При этом важную роль играют такие свойства, как фотоэффект, электрооптические и гальвано-магнитные явления.  

[c.271]

Аморфные диэлектрики в виде тонких пленок находят широкое применение в микроэлектронике.

Во многих таких диэлектриках,, так же как и в аморфных полупроводниках, проводимость (весьма незначительная ) осуществляется путем перескоков из одного локализованного состояния в другое. Энергия активации этого процесса значительно ниже, чем энергия активации примесной проводимости в кристаллических диэлектриках.  [c.371]

Во второй части книги рассматривается промышленное применение индукционного нагрева металлов и высокочастотного нагрева диэлектриков, основные вопросы технологии, технико-экономические показатели и вопросы техники безопасности. В этой же части рассмотрены особенности индукционного нагрева с применением частоты 50 Гц, не проявляющиеся на средних и высоких частотах.  [c.3]

Развитие индукционного нагрева идет по пути совершенствования его технологии и автоматизации, в том числе и на основе достижений современной вычислительной техники. Расширяется применение высоких температур как при традиционных способах нагрева, так и при индукционном плазменном нагреве.

В связи с ростом мощности установок и расширением их использования в промышленности особое значение приобрело совершенствование основной аппаратуры и источников питания, направленное на улучшение энергетических показателей и надежности установок для нагрева проводящих материалов и диэлектриков.  [c.7]

Применение микроскопических характеристик поля в диэлектрике для количественного исследования процесса поляризации практически невозможно, так как величины Рсв. микро и р недоступны непосредственному измерению. Практически используются макроскопические характеристики поля в диэлектрике, которые получаются из соответствующих микроскопических величин путем усреднения по физически бесконечно малому объему АЕ. Этот объем в отличие от бесконечно малого математического объема должен быть чрезвычайно велик по сравнению с расстоянием между молекулами вещества и, следовательно, по сравнению с микроскопическими неоднородностями среды и поля. Одновременно объем А У должен быть чрезвычайно мал по сравнению с макроскопическими неоднородностями среды и поля, что обеспечивает плавное изменение всех усредненных величин при переходе в смежные элементы объема.  [c.136]

Применение сверхвысоких частот (СВЧ) для нагрева диэлектриков позволяет получать достаточно высокие удельные мощности при сниженных значениях напряженности электрического поля. Ограничения на напряженность поля чаще всего бывают связаны со свойствами нагреваемого материала или с технологическими особенностями нагрева.  [c.305]

Древесине присущи многие недостатки, которые сильно ограничивают ее применение в качестве диэлектрика. Прежде всего следует отметить ее большую неоднородность, наличие водорастворимых солей и т. п. Поэтому она здесь не рассматривается.  

[c.178]

Для изготовления печатных плат, используемых в электронике, в низковольтном аппарато- и приборостроении, а также для якорей электродвигателей малой мощности применяют фольгированные гетинакс и стеклотекстолит. Это — слоистые пластики, облицованные с одной или двух сторон медной оксидированной фольгой, наносимой при прессовании собранных пакетов пропитанной бумаги или стеклоткани с применением клея. В некоторых случаях используется хромированная фольга, а в фольгированных тонких диэлектриках на основе стеклоткани иногда применяется никелевая фольга. Фольгированный гетинакс выпускается несколь-ких марок толщиной от 1,0 до 3,0 мм. Он предназначен  [c.190]

Для определения удельного объемного и поверхностного сопротивлений диэлектриков используют трехэлектродную схему их включения в измерительную схему (рис. 5.2, а—в). На образце твердого диэлектрика ОД выполняются электроды высоковольтный электрод ВЭ с диаметром и измерительный ИЭ с диаметром di, имеющие вид диска, круга охранный электрод ОЭ в виде кольца с внутренним d и наружным dg диаметрами. Зазор между измерительным и охранным электродами должен быть равен (2 0,2) мм. (Допускается применение электродов прямоугольной или квадратной формы.

)  [c.134]

Жидкие диэлектрики представляют собой электроизоляционные жидкости, используемые в электрических аппаратах высокого напряжения, а также в блоках электронной аппаратуры. Применение электроизоляционных жидкостей позволяет обеспечить надежную и длительную работу электрической изоляции, находящихся под напряжением элементов конструкции, и отводить от них теплоту, выделяющуюся при работе.  [c.194]

Устройство и тины копденса-торов. Выражение (42.3) показывает, что электроемкость конденсатора МОЖНО увеличить путем увеличения площади S его пластин, уменьшения расстояния d между ними и применения диэлектриков с большими значе-  [c.144]

Аналогичные условия отражения могут быть реализованы и без применения диэлектриков полное отражение от закритич. волновода — плавным уменьшением расстояния между отражателями (рис. 1, в), сильное отражение на частотах, близких к критич. частотам внутр. волновода,— внесением неоднородностей скачкообразным иамененвем расстояния между отражателями (рис. 1, г) или ограничением размеров отражателей (рис. д). Высокодобротные колебания будут иметь в этих случаях разный характер. В первом существует каустика, разграничивающая области докри-тич. и закритич. волноводов, в последнем — поле быстро (экспоненциально) убывает при удалении от каустики, во втором случае поле ограничивается областью сильного отражения. Оба способа повышения добротности применяются в О. р. Когда не требуется высокой добротности рабочей моды, часто используются резонаторы с постепенным увеличением расстояния между отражателями рис. 1, с). Благодаря высоким значениям отношения запасённой энергии к энергии потерь доб-491  [c.491]

Батарея с диэлектрическим теплоносителем. Имеется большое количество различных схем термоэлектрических батарей, основанных на непосредственном нагревании ТЭЭЛ с помощью диэлектрического теплоносителя. К таким теплоносителям в первую очередь относятся газы и органические жидкости. Применение диэлектриков для подвода и отвода тепла привлекало многих авторов в связи с тем, что в этом случае упрощается конструкция батареи ТЭЭЛ.  [c.88]

Подробнее эти механизмы поляризации рассмотрены в гл. 5 и 6 в связи с различными применениями диэлектриков в электронике. В качестве примера не индуцированной электрическим полем поляризации отметим пьезополяризацию, возникающую в нецент-роснмметричных диэлектриках при их механической деформации. В пьезоэлектриках механическая деформация приводит к смещению ионов из равновесного положения, при котором возникает электрическая поляризация диэлектрика. Время установления этой механической поляризации зависит от электрических и упругих свойств диэлектрика, а также от геометрических размеров образца, который деформируется как целое. Как и при упругой поляризации, возникает возвращающая сила (пропорциональная деформации пьезоэлектрика), которая стремится возвратить образец в равновесное (недеформированное и неполяризован-ное) состояние. Отметим, что поляризация в этом случае индуци-64  [c.64]

Для многих технических применений диэлектриков в электронике большое значение имеют фазовые превращения, происходящие в некоторых твердых и жидких веществах без изменения их агрегатного состояния — в пределах только твердой пли только жидкой фазы. Эти преврашеиия происходят вследствие электронных, диполыгых, магнитных н других взаимодействий структурных элементов вещества — ионов, атомов, молекул или их комплексов. В окрестности фазовых превращений структура вещества оказывается чрезвычайно податливой к внешним воздействиям (тепловым, электрическим, магнитным или механическим), причем даже при малых изменениях Т, Е, Н или X электрические, оптические и другие свойства веществ значительно изменяются. Необычно высокая чувствительность к слабым внешним воздействиям, имеющая место вблизи фазовых превращений, используется во многих видах приборов и устройств электронной техники (см. гл. 6—8).  [c.94]

Различают конденсаторы постоянной емкости и конденсаторы переменной емкости. Согласно примененному диэлектрику различают конденсаторы вакуумные, воздушные, газонаполненные, с жидким диэлектриком, с твердым органическим диэлектриком (бумажные, пленочные), с твердым диэлектриком, пропитанным изоляционной жидкостью, с твердым неорганн-  [c. 195]

При применении диэлектриков для предохранения цементируемых поверхностей от омеднения маршрут прохо кдения детали по цехам укорачивается механический цех — цех покрытия (электролиз) — термический цех — механический цех.  [c.20]

Концевая муфта марки ПКВО-35 (рис. 37) специально разработана для применения внутри помещения. Она имеет два маркоразмера ПКВО-35-1 для кабелей с жилами сечением 70, 70(ОЖ), 95, 95 (ОЖ)) и ПКВО-35-2 для жил сечением 120, 120(ОЖ) и 150. Для монтажа муфты ПКВО-35 кабель разделывают с соблюдением размеров, приведенных на рис. 38. Конструкция муфты отличается предельной простотой. Для выравнивания электрического поля применен диэлектрик специального  [c.96]

Вместе с тем явление Керра нашло за последние годы ряд чрезвычайно важных научных и научно-технических применений, осгю-ванных на способности его протекать практически безынерционно, т. е. следовать за очень быстрыми переменами внешнего поля. Таким образом, и по теоретической, и по практической ценности явление двойного лучепреломления в электрическом поле принадлежит к числу крайне интересных и важных. Как уже упоминалось (см. 2), о желательности постановки подобных опытов писал еще Ломоносов (1756 г.) о неудаче попытки обнаружить, влияет ли электризация на преломляющую способность жидкости, сообщает Юнг (1800 г.) и лишь в 1875 г. были выполнены опыты Керра, надежно установившие явление. Керр показал, что многие жидкие диэлектрики становятся анизотропными под действием электрического поля. Опыты с жидкими диэлектриками имеют решающее значение, ибо для жидких веществ деформация, могущая возникнуть под действием электрического поля (электрострикция), не вызывает двойного лучепреломления ), так что в опытах с жидкостью мы имеем электрооптические явления в чистом виде. Описанный Керром эффект стал первым доказательством того, что оптические свойства вещества могут изменяться под влиянием электрического поля.  [c.528]

Выражение (16.3) имеет, однако, ограниченную область применения. Дело в том, что нельзя считать поле, действующее на отдельную молекулу диэлектрика, равным среднему нолю Е. Диэлектрик можно считать непрерывной средой только при макроскопическом рассмотрении. Каждая молекула в диэлектрике находится п]зежде всего под действием поля, создаваемого окружающими ее молекулами. Это поле зависит от внешнего наложенного поля, под действием которого молекулы поляризуются и в свою очередь воздействуют на окружающие молекулы. Электрическое поле, действующее на отдельную молекулу, складывается из среднего макроскопического поля Е зарядов на обкладках конденсатора II зарядов па границах диэлектрика, а также поля, обусловленного действием ближайших окружающих молекул.  [c.5]

Широкое практическое применение находят неорганические кристаллические люминофоры, называемые кристал-лофосфбрами или, проще, фосфорами (не надо путать с химическим элементом фосфором ). Они используются, например, в светящихся циферблатах часов. Кристаллофос-форы синтезируют, прокаливая специально приготовленные смеси, включающие в себя основное вещество и примеси активаторов, играющих роль центров люминесценции. Все кристаллофосфоры относятся к диэлектрикам или полупроводникам.  [c.184]

Самый простой метод расчета заключается в применении лореицовской теории диэлектриков [27]. Если все диполи в веществе одинаковы и расположены параллельно, то совместно они дают составляющую ноля в месте расположения данного иона, пропорциональную намагниченности коэффициент пропорциональности зависит от кристаллической структуры 15 случае кубической решетки имеем  [c.431]

Синтетические жидкие диэлектрики. Трансформаторное и другие электроизоляционные масла нефтяного происхождения обладают преимуществами, которые и обеспечили им весьма широкое применение они сравнительно дешевле и могут производиться заводами нефтеперерабатывающей промьшшенности в больших количествах при хорошей очистке 5, как это и свойственно чистым неполярным диэлектрикам, мал, а электрическая прочность, достаточно высока. Однако в некоторых слзшаях качество этих масел оказьшается недостаточно высоким. Например, когда требуется полная пожарная безопасность и взрывобезопасность, маслонаполненные трансформаторы и другие аппараты применяться не могут.  [c.130]

Параллельно с развитием индукционного нагрева металлов велись разработки в области высокочастотного нагрева диэлектриков. Первые опыты по сушке древесины в электромагнитном поле высокой частоты провел в 1930—1934 гг. Н. С. Селюгнн (ЦНИИ механической обработки древесины) и одновременно А. И. Иоффе. Опыт советских исследователей был широко использован за рубежом. В иностранной литературе указывается на приоритет СССР. В дальнейшем этот метод получил широкое промышленное применение для нагрева пластмасс и других материалов с целью прессования, сварки, склеивания и т. д. Диапазон используемых частот 10 —10 Гц. Развитие этого метода многим обязано работам проф. А. В. Нетушила, инж. Н. Л. Брицына, кандидатов техн. наук И. Г. Федоровой и Т. А. Шелиной и др.  [c.6]

Другой способ выравнивания нагрева заключается в применении вкладыпюй из диэлектрика с близким значением е и малым углом потерь. Возможно применение и немагнитных металлических вкладышей, которые как бы закорачивают тот объем в электрическом поле, где сами находятся. Толщина широкого металлического вкладыша равна высоте, на которую снижается фигурный электрод (см. рис. 16-7)  [c.305]

В твердых диэлектриках повышенная температура вызывает соответствующие изменения электрических параметров и снижение ряда механических. Кроме того, повышенная температура размягчает большинство твердых диэлектриков и даже может их расплавить. Низкая температура плавления некоторых материалов лимитирует даже область их применения, например у стандартного парафина разных марок температура плавления лежит в пределах 49—54° С. Органические и элементоорганические соединения при воздействии высокой температуры подвергаются термоокислительной деструкции, которая приводит к необратимому изменению их свойств и тепловому старению. К числу тепловых воздействий относится и терм о-удар — резкое изменение температуры. Многие твердые диэлектрики плохо переносят резкие температурные колебания, которые вызывают растрескивание. Очень низкие температуры не орасны с точки зрения непосредственного воздействия на электрические параметры, но ведут к появлению трещин и могут вызывать хрупкость твердой изоляции, которая по условиям использования должна оставаться гибкой. Например, применяемая для многих марок проводов резиновая изоляция в области достаточно низких температур становится хрупкой, ломкой. Жидкие диэлектрики при понижении температуры повышают свою вязкость, а при достаточно низких температурах совсем застывают и теряют текучесть.  [c.108]

Продукты полимеризации хлорированного стирола — полидихлорстирол (получаемый из дихлорстирола — стирола с замещением двух атомов водорода двумя атомами хлора) — обладают более высокой нагревостойкостью, чем полистирол. У полидихлорстирола благодаря относительной симметрии молекул tg б» мало отличается от такового для полистирола, в то время как у сополимера с акрило-нитрилом и у ударопрочных марок он больше, особенно у последних. Ударопрочный полистирол представляет собой смесь полистирола или его сополимеров с синтетическими каучуками бутадиеновым или бутадиен-стироль-ным. Электрические свойства у эмульсионного полистирола ниже, чем у блочного, из-за остатков полярного эмульгатора. Ударопрочный полистирол имеет весьма широкое применение как конструкционный диэлектрик (аккумуляторные баки, корпуса и детали разных приборов и аппаратов). Полистирол и его сополимеры термопластичны.  [c.118]

Алсифер очень твердый и хрупкий сплав, он не поддается ни ковке, ни прокатке. Детали из него получают только методом литья при толщине не менее нескольких миллиметров. Детали обработке резанием не поддаются. Возможна только подгонка некоторых размеров шлифованием. Область применения алсифера магнитные экраны, корпуса приборов, машин, аппаратов, детали магнитопроводов для работы при постоянном или медленно меняющемся магнитном поле. Алсифер легко измельчается в тонкий порошок, что позволяет широко использовать его в производстве магнито-диэлектриков для высокочастотных сердечников.  [c.300]

---

Проводники и диэлектрики

Все материалы, существующие в природе, различаются своими электрическими свойствами. Таким образом, из всего многообразия физических веществ в отдельные группы выделяются диэлектрические материалы и проводники электрического тока. 

Что представляют собой проводники?

Проводник – это такой материал, особенностью которого является наличие в составе свободно передвигающихся заряженных частиц, которые распространены по всему веществу. 

Проводящими электрический ток веществами являются расплавы металлов и сами металлы, недистиллированная вода, раствор солей, влажный грунт, человеческое тело.

Металл – это самый лучший проводник электрического тока. Также и среди неметаллов есть хорошие проводники, например, углерод. 

Все, существующие в природе проводники электрического тока, характеризуются двумя свойствами:

• показатель сопротивления;
• показатель электропроводности.

Сопротивление возникает из-за того, что электроны при движении испытывают столкновение с атомами и ионами, которые являются своеобразным препятствием. Именно поэтому проводникам присвоена характеристика электрического сопротивления. Обратной сопротивлению величиной является электропроводность. 

Электропроводность – это характеристика (способность) физического вещества проводить ток. Поэтому свойствами надежного проводника являются низкое сопротивление потоку движущихся электронов и, следовательно, высокая электропроводность. То есть, лучший проводник характеризуется большим показателем проводимости.  

Например кабельная продукция: медный кабель обладает большей электропроводностью по сравнению с алюминиевым.

Что представляют собой диэлектрики?

Диэлектрики – это такие физические вещества, в которых при заниженных температурах отсутствуют электрические заряды. В состав таких веществ входят лишь атомы нейтрального заряда и молекулы. Заряды нейтрального атома имеют тесную связь друг с другом, поэтому лишены возможности свободного перемещения по всему веществу. 

Самым лучшим диэлектриком является газ. Другие непроводящие электрический ток материалы – это стеклянные, фарфоровые, керамические изделия, а также резина, картон, сухое дерево, смолы и пластмассы. 

Диэлектрические предметы – это изоляторы, свойства которых главным образом зависимы от состояния окружающей атмосферы. Например, при высокой влажности некоторые диэлектрические материалы частично лишаются своих свойств. 

Проводники и диэлектрики широко используются в сфере электротехники для решения различных задач. 

Например, вся кабельно-проводниковая продукция изготавливается из металлов, как правило, из меди или алюминия. Оболочка проводов и кабелей полимерная, также, как и вилках всех электрических приборов. Полимеры – отличные диэлектрики, которые не допускают пропуска заряженных частиц.  

Серебряные, золотые и платиновые изделия – очень хорошие проводники. Но их отрицательная характеристика, которая ограничивает использование, состоит в очень высокой стоимости.

Поэтому применяются такие вещества в сферах, где качество гораздо важнее цены, которая за него уплачивается (оборонная промышленность и космос). 

Медные и алюминиевые изделия также являются хорошими проводниками, при этом имеют не столь высокую стоимость. Следовательно, использование медных и алюминиевых проводов распространено повсеместно. 

Вольфрамовые и молибденовые проводники имеют менее хорошие свойства, поэтому используются в основном в лампочках накаливания и нагревательных элементах высокой температуры. Плохая электропроводность может существенно нарушить работу электросхемы. 

Диэлектрики также различаются между собой своими характеристиками и свойствами. Например, в некоторых диэлектрических материалах также присутствуют свободные электрически заряды, пусть и в небольшом количестве. Свободные заряды возникают из-за тепловых колебаний электронов, т.е. повышение температуры все-таки в некоторых случаях провоцирует отрыв электронов от ядра, что понижает изоляционные свойства материала. Некоторые изоляторы отличаются большим числом «оторванных» электронов, что говорит о плохих изоляционных свойствах. 

Самый лучший диэлектрик – полный вакуум, которого очень трудно добиться на планете Земля. 

Полностью очищенная вода также имеет высокие диэлектрические свойства, но таковой даже не существует в реальности. При этом стоит помнить, что присутствие каких-либо примесей в жидкости наделяет ее свойствами проводника. 

Главный критерий качества любого диэлектрического материала – это степень соответствия возложенным на него функциям в конкретной электрической схеме. Например, если свойства диэлектрика таковы, что утечка тока совсем незначительная и не приносит никакого ущерба работе схемы, то диэлектрик является надежным.  

Что такое полупроводник?

Промежуточное место между диэлектриками и проводниками занимают полупроводники. Главное отличие проводников заключается в зависимости степени электропроводности от температуры и количества примесей в составе. При том материалу свойственны характеристики и диэлектрика, и проводника. 

С ростом температуры электропроводность полупроводников растет, а степень сопротивления при этом падает. При понижении температуры сопротивление стремится к бесконечности. То есть, при достижении нулевой температуры полупроводники начинают вести себя как изоляторы. 

Полупроводниками являются кремний и германий.

Статья по теме: Электрический ток и его скорость

Применение метода диэлектрической спектроскопии для контроля состояния полимерных диэлектриков в электрическом поле

Please use this identifier to cite or link to this item: http://earchive. tpu.ru/handle/11683/1068

Title:	Применение метода диэлектрической спектроскопии для контроля состояния полимерных диэлектриков в электрическом поле
Authors:	Гефле, Ольга Семеновна Лебедев, Сергей Михайлович Ткаченко, Сергей Николаевич
Keywords:	диэлектрическая спектроскопия; контроль; полимерные диэлектрики; электрические поля; спектры; диэлектрическая релаксация; полимерные композиционные материалы; синтетические резины; полиэтилен; порошки; сегнетоэлектрическая керамика; композиты; полимерные смеси; низкая плотность; температурно-частотные зависимости; диэлектрическая проницаемость; комплексная проницаемость
Issue Date:	2006
Publisher:	Томский политехнический университет
Citation:	Гефле О. С. Применение метода диэлектрической спектроскопии для контроля состояния полимерных диэлектриков в электрическом поле / О. С. Гефле, С. М. Лебедев, С. Н. Ткаченко // Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. — 2006. — Т. 309, № 2. — [С. 114-117].
Abstract:	Спектры диэлектрической релаксации полимерных композиционных материалов на основе синтетических резин и полиэтилена низкой плотности, наполненных порошком сегнетоэлектрической керамики ЦТС-19, так называемых 0-3 композитов, и полимерных смесей на основе полиэтилена низкой плотности исследованы в данной работе. Температурно-частотные зависимости комплексной диэлектрической проницаемости изучены методом диэлектрической спектроскопии. С помощью данного метода оценены области применения новых полимерных композиционных материалов.
URI:	http://earchive.tpu.ru/handle/11683/1068
Appears in Collections:	Известия ТПУ

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»

Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»

XVIII.

C.596

Катков А.С. (1)

(1) ООО «СД Солюшнс», Санкт-Петербург, Российская Федерация

Компания Exxelia (Франция) уже более 50 лет занимается разработкой и производством широкой номенклатуры пассивных компонентов для ответственных применений, в том числе для применения в составе бортовой аппаратуры космических аппаратов. В перечень продукции производителя входят конденсаторы, с различными типами диэлектриков, моточные изделия, помехоподавляющие и сетевые фильтры. По мере развития технологий происходит освоение всё новых типов конденсаторов, применение новых типов диэлектриков. Выбор типа конденсатора при разработке различных бортовых систем космических аппаратов определяется спецификой применения. Например, высокоемкостные керамические и плёночные конденсаторы (на основе полиэтилентерефталата) могут использоваться в системах распределения энергии космического аппарата. При этом применение любого из этих типов конденсаторов имеет свои преимущества и недостатки, которые будут рассмотрены в докладе. Изделия компании Exxelia были успешно применены во многих международных космических миссиях, самыми известными из которых являются Iridium, GlobalStar, InSight, Bepi Colombo, Galileo, Eutelsat, ChangE-4, а так же в ряде российских миссий, таких как Луч-5, Енисей, Электро-Л, Арктика-М, Спектр-УФ и др.
Широкое применение конденсаторов компании Exxelia в аппаратуре космического назначения обусловлено их высокой надежностью, достигнутой за счёт проверенных за многие годы технологий, и программой испытаний в соответствии с требованиями Европейского космического агентства (ESA). В докладе будет представлен обзор технических решений, даны примеры их применения и представлен краткий обзор развития новой технологии производства конденсаторов на основе органического диэлектрика.

Ключевые слова: конденсатор

Презентация доклада

Ссылка для цитирования: Катков А.С. Применение плёночных конденсаторов на основе полиэтилентерефталата для повышения надёжности систем электропитания спутников ДЗЗ // Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2020. C. 116. DOI 10.21046/18DZZconf-2020a

Вопросы создания и использования приборов и систем для спутникового мониторинга состояния окружающей среды

116

Конференция по физике диэлектриков прошла при поддержке Политехнического университета

XV Международная конференция «Физика диэлектриков» (Dielectrics — 2020) прошла 5-8 октября 2020 года в Санкт-Петербурге, Россия.

Международная конференция «Физика диэлектриков — 2020» продолжила серию всесоюзных, всероссийских и международных конференций по диэлектрической физике, которые проводились в 1956 г. в Днепропетровске, в 1958 г. в Москве, в 1973 г. в Ленинграде, в 1978 г. в Караганде, в 1982 г.  в Баку, в 1986 году в Томске, в 1993, 1997, 2000, 2004, 2008, 2011, 2014 и 2017 годах в Санкт-Петербурге.

В 2020 году конференцию организовали Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого и Российский государственный педагогический университет им. Герцена, Санкт-Петербург.

Основная цель конференции — продвигать достижения в области физики и технологии диэлектрических материалов и делиться идеями, знаниями, опытом и результатами исследований. «Физика диэлектриков — 2020» предоставила платформу для плодотворных междисциплинарных дискуссий и способствовала сотрудничеству в области физических наук, технологий и инженерии.

Традиционно в программе конференции были заседания, посвященные ключевым вопросам, таким как:

• процессы переноса и накопления заряда в неорганических диэлектриках
• физика наноструктурированных диэлектриков
• исследование и применение диэлектрических пленок
• физические процессы в аморфных и стеклообразных диэлектриках
• физика и технология композитных диэлектриков
• оптика и спектроскопия диэлектриков
• электрофизика полимерных диэлектриков и композитов на их основе
• диэлектрики в экстремальных условиях
• релаксационные явления в полярных диэлектриках
• технология и применение диэлектрических материалов

На конференции было представлено более 50 работ из 30 университетов и предприятий, со всего мира.

Поделиться записью

Межкафедральная учебно-испытательная лаборатория полупроводниковых материалов и диэлектриков «Монокристаллы и заготовки на их основе» МУИЛ ППМиД (ИЛМЗ)

Ключевая информация о лаборатории

Межкафедральная учебно-испытательная лаборатория (МКЛ) «Полупроводниковых материалов и диэлектриков» была создана в рамках выполнения инновационной образовательной программы «Качество. Знание. Компетентность» на базе учебно-испытательной лаборатории «Монокристаллы и заготовки на их основе» (ИЛМЗ) в 2001 году.

С 2001 года ИЛМЗ была аккредитована в Органе по аккредитации ААЦ «Аналитика», являющейся полноправным членом и участником Соглашения о взаимном признании ILAC и APLAC (Аттестат № ААС.А.00038) и успешно проходит ежегодные инспекционные контроли и регулярные переаккредитации каждые пять лет. Последняя успешно пройдена в феврале 2020 г., срок действия аттестата аккредитации — до 25 февраля 2025 г.

В 2012 году Ассоциация «Аналитика» номинировала ИЛМЗ на премию лучшей лаборатории года «Серебряный моль» с вручением СВИДЕТЕЛЬСТВА номинанта лучшей лаборатории года на Ежегодном собрании Ассоциации «Аналитика».

ИЛМЗ проводит испытания с использованием аттестованных методик выполнения измерений (МВИ), поверенного оборудования и разработанных в лаборатории стандартных образцов предприятия (СОП).

Результаты испытаний Заказчикам выдаются в виде Отчетов об испытаниях, заверенных печатью лаборатории, с приложением комплекта Протоколов измерений по каждому из видов измерений.

Направления деятельности лаборатории

1. Проведение испытательных работ.
2. Обеспечение процессов измерения с полной метрологической проработкой методик выполнения измерений, включая разработку новых МВИ и актуализацию ранее аттестованных МВИ.
3. Разработка СОП и государственных стандартных образцов (ГСО).
4. Разработка нормативно-технической документации, регламентирующей проведение испытательных работ и получения достоверной информации о параметрах и свойствах испытуемых объектов.
5. Выполнение научно-исследовательских работ по следующим направлениям: фундаментальные проблемы в области материаловедения и дефектообразования в диэлектрических и полупроводниковых материалах; актуальные практические задачи, связанные с получением и послеростовыми обработками диэлектрических и полупроводниковых материалов; применение диэлектрических материалов в качестве элементов управления лазерным лучом, фильтров на поверхностных и объемных акустических волнах, детекторов частиц больших энергий, датчиков различных физических величин, высокотемпературных пьезодатчиков; слоистые структуры.

Основными объектами испытаний в соответствии с областью аккредитации являются:

• оптические материалы для активных лазерных элементов, элементов для генерации и преобразования лазерного излучения и проходной оптики, сцинтилляционные элементы;
• акустооптические материалы;
• порошковые материалы;
• электрооптические материалы и заготовки из этих материалов;
• заготовки для изделий микро- и наноэлектроники;
• слоистые структуры.

ИЛМЗ является первой, независимой от производителей и потребителей вышеописываемой продукции «третьей стороной» и пока остается единственной в России лабораторией с подобной областью аккредитации.

Классификация диэлектриков

Электроизоляционными материалами или диэлектриками называются вещества, с помощью которых осуществляется изоляция элементов или частей электрооборудования, находящихся под разными электрическими потенциалами. По сравнению с проводниковыми материалами (проводниками) диэлектрики обладают значительно большим электрическим сопротивлением. Характерным свойством диэлектриков является возможность создания в них сильных электрических полей и накопления электрической энергии. Это свойство диэлектриков используется в электрических конденсаторах и других устройствах.
Согласно агрегатному состоянию диэлектрики делятся на газообразные, жидкие и твердые. Особенно большой является группа твердых диэлектриков (высокополимеры, пластмассы, керамика и др.). Согласно химическому составу диэлектрики делятся на органические и неорганические. Основным элементом в молекулах всех органических диэлектриков является углерод. В неорганических диэлектриках углерода не содержится. Наибольшей нагревостойкостью обладают неорганические диэлектрики (слюда, керамика и др.).
По способу получения диэлектрики делятся на естественные (природные) и синтетические. Наиболее многочисленной является группа синтетических электроизоляционных материалов. В результате органического синтеза могут быть созданы диэлектрики с заданным комплексом необходимых электрических и физико-химических свойств. Поэтому группа синтетических электроизоляционных материалов имеет очень широкую область применения в электротехнике.
С точки зрения строения молекул диэлектрики обычно делят на нейтральные и полярные.
Нейтральные диэлектрики состоят из электрически нейтральных атомов и молекул, которые до воздействия на них электрического поля не обладают электрическими моментами. Нейтральные атомы и молекулы приобретают электрические моменты только под действием электрического поля — в процессе деформационных поляризаций. Среди нейтральных диэлектриков иногда выделяют группу ионных кристаллических диэлектриков (слюда, кварц, отдельные виды керамики и др.), в которых каждая пара ионов составляет нейтральную частицу — молекулу. Ионы располагаются в узлах кристаллической решетки. Каждый ион находится в колебательном тепловом движении около центра равновесия — узла кристаллической решетки.
Полярные или дипольные диэлектрики состоят преимущественно из полярных молекул — диполей. Последние вследствие асимметрии своего строения обладают начальным электрическим моментом (до воздействия электрического поля). При воздействии электрического поля полярные молекулы ориентируются, стараясь расположить свои оси в направлении электрического поля.
Полярные диэлектрики отличаются повышенными значениями диэлектрической проницаемости e и несколько повышенной проводимостью и гигроскопичностью по сравнению с нейтральными диэлектриками.

Нейтральными диэлектриками являются водород, бензол, четыреххлористый углерод, полиэтилен, полистирол, парафин и др. К полярным диэлектрикам относятся касторовое масло, совол, совтол, бакелиты, галовакс и др. Иногда выделяют еще группу слабо полярных диэлектриков, молекулы которых обладают относительно небольшим начальным электрическим моментом. К слабо полярным диэлектрикам можно отнести совтол, поливинилхлорид, многие кремнийорганические электроизоляционные материалы и др.

На рис. 5-1 и 5-5 представлены типичные температурные зависимости ε и tgδ нейтрального и полярного жидких диэлектриков.

Многочисленную группу твердых диэлектриков обычно делят на ряд подгрупп в зависимости от их состава, структуры и технологических особенностей этих материалов. Так, выделяют керамические диэлектрики, воскообразные, пленочные, минеральные и др.

 

Зависимость e от температуры для электроизоляционных жидкостей.
1 — нейтральная жидкость; 2 — полярная жидкость.

Рис. 5.1

Диэлектрики | Диэлектрические материалы | Solartron Analytical

Методы:	I-V, C-V, P-E, импеданс, емкость, диэлектрическая проницаемость, диэлектрическая постоянная / потери, размер зерна
Заявки:	Память ПК, FeRAM, исполнительные устройства, акселерометры, микрофоны, струйные головки, датчики
Типы:	Сегнетоэлектрик, пьезоэлектрик, MEM, NEM, мультиферроики, тонкая пленка, PZT, титанат бария, перовскит, высокий K, низкий K

Диэлектрические материалы — это непроводники электричества (электрические изоляторы), которые могут сильно поляризоваться электрическим полем (это выражается как диэлектрическая постоянная материала). Заряды в диэлектрических материалах могут быть смещены из положения равновесия электрическим полем, и в некоторых случаях заряды также могут быть выровнены относительно приложенного поля, но не проходят через материал. При снятии электрического поля материал возвращается в исходное состояние, и время, необходимое для этого, называется периодом релаксации, который является характеристикой диэлектрического материала. Типичные испытания включают приложение переменного электрического поля (форма волны переменного тока) и мониторинг релаксации материала в зависимости от его диэлектрической проницаемости (емкости и проводимости) по сравнению сприменяемая частота переменного тока.

Диэлектрические материалы используются во многих приложениях, таких как:

• Электронные компоненты, такие как конденсаторы (отвечающие за свойства накопления энергии устройства)
• Материалы с высоким / низким содержанием K, широко используемые в полупроводниках для повышения производительности и уменьшения размера устройства (где K означает диэлектрическую проницаемость или диэлектрическую постоянную)
• Диэлектрические материалы также используются в дисплеях (например, жидкокристаллических ЖК-дисплеях)
• Пьезоэлектрики / сегнетоэлектрики / МЭМ материалы также являются диэлектриками
• Керамика и полимеры также часто обладают диэлектрическими свойствами
• Многие другие материалы / приложения

Ассортимент оборудования для испытания материалов Solartron Analytical идеально подходит для определения характеристик диэлектрических материалов. Ключевыми элементами тестирования являются частотный диапазон, диапазон электрического воздействия, диапазон измеряемого импеданса / диэлектрической проницаемости / емкости, точность измерений (особенно при экстремальных уровнях импеданса), контроль применяемой температуры и использование соответствующих держателей образцов.

Solartron Analytical предоставляет следующие испытательные системы для определения характеристик этих материалов:

Тестовая система ModuLab XM MTS обеспечивает полную характеристику устройств переменного тока и во временной области с использованием широкого диапазона опций Plug and Play.
• Фазовый анализатор импеданса и усиления модели 1260A широко упоминается в публикациях и может измерять емкость / C-V / импеданс / Мотта-Шоттки в диапазоне от 10 мкГц до 32 МГц (более 12 декад частоты), что позволяет полностью определять характеристики диэлектрических материалов.
• Система диэлектрического интерфейса модели 1296A расширяет диапазон импеданса 1260A до более 100 ТОм для тестирования керамических изоляторов и диэлектриков, а также обеспечивает большую точность измерения амплитуды и фазы за счет использования методов образца / эталона, уменьшая ошибки из-за кабелей.
• Опции контроля температуры, включая криостаты и печи, доступны для всех вышеперечисленных измерительных систем, которые обеспечивают автоматический контроль температуры образца с ПК и позволяют полностью определять характеристики материала.

18.11. Применение диэлектриков — Engineering LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Без заголовков

Диэлектрики чаще всего используются в производстве конденсаторов. Они имеют множество применений, включая хранение энергии в электрическом поле между пластинами, фильтрацию шума из сигналов как часть резонансного контура и подачу всплеска мощности на другой компонент.TLP на сегнетоэлектриках показывает, как последняя из этих функций используется в системе вспышек камеры.

Чем больше диэлектрическая проницаемость, тем больший заряд конденсатор может хранить в данном поле, поэтому обычно используют керамику с нецентросимметричной структурой, такую ​​как титанаты металлов 2 группы. На практике материал конденсатора часто представляет собой смесь нескольких таких керамических материалов. Это связано с изменением диэлектрической проницаемости в зависимости от температуры, о котором говорилось ранее.Обычно желательно, чтобы емкость была относительно независимой от температуры; поэтому современные конденсаторы сочетают в себе несколько материалов с различными температурными зависимостями, в результате чего емкость демонстрирует лишь небольшие, приблизительно линейные изменения, связанные с температурой.

Конечно, в некоторых случаях низкие диэлектрические потери более важны, чем высокая емкость, и поэтому для этих ситуаций могут использоваться материалы с более низкими значениями κ и, соответственно, более низкими диэлектрическими потерями.

Некоторые применения диэлектриков полагаются на их электроизоляционные свойства, а не на способность накапливать заряд, поэтому здесь наиболее желательными свойствами являются высокое электрическое сопротивление и низкие диэлектрические потери. Наиболее очевидным из этих применений является изоляция проводов, кабелей и т. Д., Но есть также применения в сенсорных устройствах. Например, можно сделать что-то вроде тензодатчика, испаряя небольшое количество металла на поверхность тонкого листа диэлектрического материала.

Электроны могут перемещаться по металлу за счет нормальной проводимости и через промежуточный диэлектрический материал за счет явления, известного как квантовое туннелирование. Математическое рассмотрение этого явления выходит за рамки данной TLP; просто отметьте, что он позволяет частицам перемещаться между двумя «разрешенными» областями, которые разделены «запрещенной» областью, и что степень туннелирования резко уменьшается по мере увеличения расстояния между разрешенными областями. В этом случае разрешенными областями являются капли затвердевшего металла, а запрещенной областью — высокоомный диэлектрический материал.

Если диэлектрический материал деформирован, он изогнется, что приведет к изменению расстояний между металлическими островками. Это имеет большое влияние на степень, в которой электроны могут туннелировать между островками, и, таким образом, наблюдается большое изменение тока. Следовательно, вышеупомянутое устройство представляет собой эффективный тензодатчик.

диэлектрических материалов | Гелест, Инк.

Диэлектрические материалы обычно называют электрическими изоляторами. Применения материалов варьируются от обычных изоляторов в электротехнической и микроэлектронной оболочке до приложений, где диэлектрические свойства контролируются для архитектур активных устройств, то есть выпрямителей, полупроводников, преобразователей, конденсаторов и трансформаторов.

По мере развития в этом тысячелетии технологии очень крупномасштабной интегральной (СБИС) микроэлектроники, потребность в специализированных материалах с (i) диэлектрической проницаемостью с низким K, а также (ii) с диэлектрической проницаемостью с высоким K, в таких схемах стала критической. .

Под влиянием малых полей электроны довольно свободно перемещаются по проводникам, тогда как в изоляторах или диэлектрических материалах поля лишь незначительно смещают электроны из состояния равновесия. Считается, что небольшое смещение электронов поляризует диэлектрик. Диэлектрическая проницаемость связана как с наведенной поляризацией, так и с постоянным диполем. В реальных приложениях диэлектрические материалы имеют широкий диапазон составов и физических форм (как показано в примерах ниже).Это обычные изоляторы, а также предшественники или промежуточные продукты для структур с точно контролируемыми диэлектрическими свойствами.

Непрерывное совершенствование устройств на интегральных схемах с целью уменьшения размеров элементов и более высоких скоростей достигло точки, когда задержка межсоединения сигнала, или задержка сопротивления-емкости, становится сопоставимой с задержкой затвора транзистора. В полупроводниках диэлектрик с низким K — это материал с небольшой диэлектрической проницаемостью по сравнению с диоксидом кремния. Диэлектрический материал с низким содержанием K позволяет масштабировать устройства микроэлектроники, а изолирующие диэлектрики могут приближаться без накопления заряда и неблагоприятного воздействия на производительность устройства.

Более технологически продвинутые интегральные схемы с меньшими размерами элементов потребуют межслойных диэлектрических материалов с более низкими диэлектрическими постоянными, чем нынешний диоксид кремния, для предотвращения электронных перекрестных помех, а также для снижения энергопотребления. В результате в последние годы произошел всплеск активности по разработке вариантов с низким содержанием калия. Низкое значение K может быть достигнуто за счет увеличения пористости диоксида кремния или легирования углерода или фтора. Силсесквиоксаны (иногда обозначаемые как POSS), которые можно рассматривать как гибрид диоксида кремния и органических веществ, имеют более низкие значения K, чем SiO2, хорошую термическую стабильность и привлекательные механические свойства.

Силсесквиоксаны с большим количеством групп Si-H, например, имеют K ~ 2,8. Введение пористости в такие силсесквиоксаны [полученные смешиванием их с высококипящим органическим растворителем с последующим быстрым отверждением и удалением летучих веществ при высокой температуре] может обеспечить значения K от 1,5 до 2,5. Точно так же пористые метилсилсесквиоксаны использовались в качестве материалов с низким содержанием K. Использование химически модифицированных силсесквиоксанов или сополимеров, содержащих органическую спейсер или боковую группу, которая может подвергаться термическому разложению после отверждения с образованием пористости, также было опробовано в качестве диэлектрического материала с низким k.

Ожидается, что высокоэффективные диэлектрические материалы, известные как материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, будут играть все более важную роль в электронике следующего поколения и в технологии очень крупномасштабной интегрированной (СБИС) микроэлектроники. Керамические материалы на основе диоксида кремния, такие как диоксид кремния (SiO2), силикат гафния (HfSiO4) и силикат циркония (ZrSiO4), являются обычными межслойными диэлектрическими материалами, используемыми в корпусах микроэлектроники с высокой плотностью. Титанат бария (BaTiO3) — один из хорошо известных диэлектрических материалов, который также используется в различных полупроводниковых устройствах из-за его высокой и частотно-независимой диэлектрической проницаемости с низкими диэлектрическими потерями.Многие исследователи пытались диспергировать высокодиэлектрические частицы, титанаты бария и другие керамические оксиды в полимерах с последующим их получением в виде тонких пленок.

Существующие диэлектрические конденсаторы имеют низкую плотность энергии как по объему, так и по массе. Ни одна из современных конденсаторных технологий не сочетает в себе плотность энергии, удельную мощность и скорость, требуемую для портативных импульсных систем питания, которые в настоящее время разрабатываются или планируются в будущем. Диоксид кремния использовался в качестве оксидного материала затвора на протяжении десятилетий.Однако, поскольку размер транзисторов уменьшился, толщина диэлектрика затвора из диоксида кремния должна быть уменьшена, чтобы увеличить емкость затвора. Уменьшение шкалы толщины ниже 2 нм приводит к токам утечки, чрезмерному энергопотреблению и снижению надежности устройства. Диэлектрический материал с высоким содержанием K позволяет увеличить емкость затвора без сопутствующих эффектов утечки.

Наиболее очевидный способ увеличить плотность энергии — выбрать диэлектрические материалы с максимально возможной напряженностью поля пробоя.Многие полимеры не только имеют высокие значения напряженности поля пробоя диэлектрика, но также обеспечивают дополнительное преимущество технологичности. К сожалению, диэлектрическая проницаемость полимеров относительно невысока. Смешивание неорганических керамических материалов с высокой диэлектрической проницаемостью с полимерами может привести к более высоким эффективным диэлектрическим постоянным и, таким образом, к увеличению плотности энергии. Важно отметить, что модификация поверхности BaTiO3 различными фосфорорганическими кислотами приводит к лучшему диспергированию частиц BaTiO3 в полимерной матрице и, таким образом, к высокой эффективной диэлектрической проницаемости.

В области диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью весьма желательно, чтобы зерна керамики состояли из ядра практически чистого BaTiO3, окруженного оболочкой, в которой титан частично заменен другим элементом, таким как цирконий или ниобий. Локальный градиент дает распределение температуры Кюри и, следовательно, более пологие диэлектрические температурные характеристики по сравнению с чистым BaTiO3. Эту локально неоднородную керамику обычно получают путем смешивания порошка BaTiO3 со вторым оксидом, например ZrO2 или Nb2O5, а затем спекания в присутствии жидкой фазы.

Несколько материалов, перечисленных ниже, являются рекомендованными предшественниками с высоким k и обычно наносятся с использованием атомно-слоистого осаждения (см. Отдельное примечание по применению).

диэлектрических материалов | Основы | Направляющая конденсатора

Материалы диэлектрические

Диэлектрические материалы — это, по сути, изоляторы, а это означает, что при приложении напряжения через них не будет протекать ток. Однако определенные изменения все же происходят в атомном масштабе. Когда к диэлектрическому объекту прикладывается напряжение, он становится поляризованным.Поскольку атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, поляризация — это эффект, который слегка смещает электроны в сторону положительного напряжения. Они не проходят достаточно далеко, чтобы создать ток через материал — сдвиг микроскопический, но имеет очень важный эффект, особенно при работе с конденсаторами. Как только источник напряжения удаляется из материала, он либо возвращается в свое исходное неполяризованное состояние, либо остается поляризованным, если молекулярные связи в материале слабые.Разница между терминами диэлектрик и изолятор не очень хорошо определена. Все диэлектрические материалы являются изоляторами, но хороший диэлектрик — это тот, который легко поляризуется.

Величина поляризации, возникающая при приложении к объекту определенного напряжения, влияет на количество электрической энергии, которая хранится в электрическом поле. Это описывается диэлектрической проницаемостью материала. Диэлектрическая проницаемость — не единственное свойство диэлектрических материалов. Другие свойства, такие как диэлектрическая прочность и диэлектрические потери, не менее важны при выборе материалов для конденсатора для конкретного применения.

Диэлектрическая проницаемость

Диэлектрическая проницаемость материала, также называемая диэлектрической проницаемостью материала, представляет собой способность материала концентрировать электростатические силовые линии. В более практическом плане он представляет собой способность материала накапливать электрическую энергию в присутствии электрического поля. Все материалы, включая вакуум, накапливают энергию, когда находятся в электрическом поле. Диэлектрическая проницаемость вакуума определяется как физическая постоянная ε ₀ , которая приблизительно равна ε ₀ = 8.854 х 10-12 фарад на метр. Эта постоянная фигурирует во многих формулах электромагнетизма.

Поскольку большинство конденсаторов не вакуумные, имеет смысл определять диэлектрическую проницаемость для каждого материала. Диэлектрическая проницаемость материала определяется как ε = ε _r ε ₀ , где ε — абсолютная диэлектрическая проницаемость, а er — относительная диэлектрическая проницаемость. ε _r — это число, которое всегда больше 1, что означает, что все материалы накапливают больше энергии, чем свободное пространство, когда они подвергаются воздействию электрического поля.Это свойство очень полезно в конденсаторах, и мы объясним это далее в этой статье. Следует отметить, что относительная диэлектрическая проницаемость зависит от многих факторов, таких как температура, давление и даже частота, поэтому в некоторых приложениях предпочтение отдается материалам с более стабильной диэлектрической проницаемостью.

Различные материалы имеют разные значения относительной диэлектрической проницаемости. Здесь мы приводим список материалов, обычно используемых в конденсаторах, а также их значения er на частоте 1 кГц при комнатной температуре, который можно использовать в качестве краткого справочника и показывает широкий диапазон значений, встречающихся на практике:

Материал	ε r
Вакуум	1
Вода	30-88 (в зависимости от температуры)
Стекло	3.7-10
PTFE (тефлон)	2,1
Полиэтилен (PE)	2,25
Полиимид	3,4
Полипропилен	2,2–2,36
Полистирол	2,4–2,7
Диоксид титана	86-173
Титанат стронция	310
Титанат бария-стронция	500
Титанат бария	1250 — 10 000 (в зависимости от температуры)
Конъюгированные полимеры	1. От 8 до 100 000 (в зависимости от типа)
Титанат кальция и меди	> 250 000

Диэлектрическая прочность

К сожалению, существует ограничение на напряжение, которое изолятор может выдержать до проведения электричества. Все материалы имеют верхний предел напряжения, называемый напряжением пробоя. Хороший тому пример — воздух. Он считается изолятором, но при определенных обстоятельствах может протекать ток. Именно это и происходит при ударе молнии.После превышения напряженности поля пробоя воздух ионизируется (электроны отрываются от ядра атома), и они начинают двигаться под действием электрического поля, создавая электрический ток. Очень важно не превышать максимальное номинальное напряжение конденсатора, чтобы предотвратить повреждение или даже полное разрушение. Электрическая прочность для воздуха составляет примерно 3 мегавольта на метр. Для сравнения, диэлектрическая прочность слюды составляет примерно 120 МВ / м. Выбор диэлектрического материала очень важен в некоторых приложениях, где ожидается высокое напряжение или когда толщина диэлектрика очень мала.

Диэлектрические потери

Термин диэлектрические потери относится к энергии, которая теряется при нагревании объекта, который сделан из диэлектрического материала, если к нему приложено переменное напряжение. Эти потери происходят потому, что по мере того, как материал меняет поляризацию, крошечные электронные сдвиги можно рассматривать как крошечный поток переменного тока. Различные материалы имеют разные потери на разных частотах, и эту характеристику необходимо учитывать в некоторых высокочастотных приложениях.

Применение диэлектрических материалов в конденсаторах

Чтобы понять влияние диэлектрика на конденсатор, давайте сначала быстро рассмотрим известную формулу для емкости конденсатора с параллельными пластинами:

где C — емкость, ε _r — относительная диэлектрическая проницаемость материала, ε ₀ — диэлектрическая проницаемость вакуума, A — площадь пластин, а d — расстояние между пластинами. Становится ясно, что чем больше ε _r , тем больше становится результирующая емкость. Например, воздух как материал имеет относительную диэлектрическую проницаемость приблизительно 1, что означает, что он действует так, как если бы пластины конденсатора были помещены в вакуум. С другой стороны, некоторые полимеры могут иметь относительную диэлектрическую проницаемость до 100000! Используя такие материалы, можно достичь той же емкости в гораздо меньшем объеме, что открывает возможность для миниатюризации.

Теперь посмотрим на электрическую прочность.Рассмотрим воздушный конденсатор с расстоянием между электродами 0,1 мм. Электрическая прочность воздуха составляет 3 мегавольта на метр. Это означает, что максимальное напряжение, которое может быть приложено к конденсатору в этом примере, составляет 300 вольт в идеальных условиях. Чем меньше конденсатор, тем ниже максимально допустимое напряжение. Все конденсаторы имеют максимальное номинальное напряжение, которое зависит от используемых материалов, и превышение этих номинальных значений может привести к повреждению или разрушению конденсатора.

Диэлектрическая проницаемость — обзор

Диэлектрическая проницаемость отражает полярность жидкости и имеет первостепенное значение для оценки свойств воды как растворителя.Обычно диэлектрическую проницаемость можно определить как отношение абсолютной диэлектрической проницаемости вещества к абсолютной диэлектрической проницаемости свободного пространства. В условиях окружающей среды диэлектрическая проницаемость жидкой воды составляет около 78,4 (Fernandez et al., 1995, 1997). В этом состоянии жидкая вода плохо смешивается с углеводородами и газами. Напротив, жидкая вода является хорошим растворителем для полярных материалов из-за своей высокой диэлектрической проницаемости (Meyer et al., 1992; Wagner and Kretzschmar 2008). С повышением давления и температуры диэлектрическая проницаемость жидкой воды существенно уменьшается.Вода имеет гораздо более низкую диэлектрическую проницаемость в докритических условиях по сравнению с водой в условиях окружающей среды. Это приводит к тому, что субкритическая вода становится удобным растворителем для гидрофобных органических соединений (Carr et al. , 2011). На рис. 3.3 показана диэлектрическая проницаемость воды как функция температуры при постоянном давлении (Akizuki et al., 2014). Как показано на этом рисунке, диэлектрическая проницаемость воды резко уменьшается с увеличением температуры воды. Диэлектрическая проницаемость воды при температурах 280 и 300 ° C при давлении 25 МПа аналогична этанолу и ацетону (Kritzer, Dinjus, 2001).Что касается разжижения биомассы, не слишком низкая диэлектрическая проницаемость воды может способствовать ионным реакциям, в результате чего субкритическая вода является благоприятной реакционной средой для реакций синтеза, а также реакций разложения (Kruse and Dinjus, 2007). В сверхкритической области диэлектрическая проницаемость снижается до очень низкого уровня, превращаясь в неполярный растворитель, способствующий реакциям свободных радикалов. Следовательно, сверхкритическая вода становится плохим растворителем для ионных и высокополярных материалов при низких плотностях.Соответственно, он становится полностью смешиваемым со многими органическими соединениями и большинством газов (Rebert and Kay, 1959; Connolly, 1966; Gao et al. , 1994). Вода в сверхкритическом состоянии ведет себя как многие органические растворители, которые могут полностью растворять органические соединения, образуя единую жидкую фазу. Эта полная смешиваемость делает воду в сверхкритическом состоянии отличной средой для гомогенных реакций органических соединений. Кроме того, однофазная сверхкритическая вода также приводит к быстрой и полной реакции органических соединений (Kritzer, Dinjus, 2001; Barner et al., 1992; Глойна и др., 1994; Глойна и Ли, 1993; Hodes et al., 2004).

Рисунок 3.3. Диэлектрическая проницаемость чистой воды как функция температуры.

Диэлектрик

Обзор
Твердотельные оксиды используются в качестве материалов для прецизионных конденсаторов и пассивных электрических компонентов. Эти материалы находят широкое применение в самых разных областях, от аэрокосмической и звуковой до лифтов, тяжелого оборудования и микроэлектроники. Термины диэлектрическая проницаемость и (относительная) диэлектрическая проницаемость часто используются взаимозаменяемо, как и потери переменного тока, диэлектрические потери и тангенс δ. Основная информация доступна на вики-странице по относительной диэлектрической проницаемости. Большая диэлектрическая проницаемость позволяет сохранять больший заряд в электрическом поле в конденсаторе с параллельными пластинами, содержащем диэлектрик, который полностью заполняет пространство между пластинами.

Диэлектрическая проницаемость — Изоляционные материалы обычно используются двумя разными способами: (1) для поддержки и изоляции компонентов электрической сети друг от друга и от земли, и (2) для работы в качестве диэлектрика конденсатора.Для первого использования, как правило, желательно иметь как можно меньшую емкость опоры, совместимую с приемлемыми механическими, химическими и жаропрочными свойствами. Таким образом, желательно низкое значение диэлектрической проницаемости. Для второго использования желательно иметь высокое значение диэлектрической проницаемости, чтобы конденсатор был физически как можно меньше. Промежуточные значения диэлектрической проницаемости иногда используются для выравнивания напряжений на краю или конце проводника, чтобы минимизировать корону переменного тока. Взято из ASTM D150 — 11.

Потери переменного тока — В обоих случаях (в качестве электрической изоляции и в качестве диэлектрика конденсатора) потери переменного тока обычно должны быть небольшими, как для уменьшения нагрева материала, так и для минимизации его влияния. в остальной части сети. В высокочастотных приложениях особенно желательно низкое значение индекса потерь, поскольку при заданном значении индекса потерь диэлектрические потери возрастают непосредственно с частотой. В определенных диэлектрических конфигурациях, таких как используемые в оконечных вводах и кабелях для испытаний, иногда вводятся повышенные потери, обычно получаемые из-за повышенной проводимости, чтобы контролировать градиент напряжения.При сравнении материалов, имеющих примерно одинаковую диэлектрическую проницаемость, или при использовании любого материала в таких условиях, когда его диэлектрическая проницаемость остается практически постоянной, потенциально полезно учитывать также коэффициент рассеяния, коэффициент мощности, фазовый угол или угол потерь. Взято из ASTM D150-11.

Диэлектрические свойства
Принципы электронных материалов и устройств 4-е издание
Справочник по материалам с низкой и высокой диэлектрической постоянной и их применениям Хари Сингх Налва
Международный семинар по импедансной спектроскопии для определения характеристик материалов и конструкций Твердое тело State Ionics Special Issue

Приборы и программное обеспечение
Agilent Technologies
National Instruments LabVIEW
Ametek
Scribner — Z-представление для Windows (анализ импеданса)

Измерения (Гц-МГц)
C и D диэлектрических измерений — edn.com
Измерение диэлектрической постоянной и коэффициента рассеяния — Plastics Technologies Laboratories
Измерение относительной диэлектрической проницаемости диэлектриков

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости
τ (ppm / ° C) = {(1 / ε) × ([Δε] / [ΔT])} × 10 ⁶ где ε — диэлектрическая проницаемость при самой низкой температуре (т. е. окружающей среды) измерения.

Trans-tech Температурные коэффициенты диэлектрических резонаторов

Высокая частота (ГГц)
Wirelessdictionary
Khalam et al, Materials Science and Engineering B107 (2004) 264–270 микроволновые диэлектрические свойства образцов, измеренные с помощью анализатора цепей HP 8510C и использование метода Хакки и Коулмана.

Промышленность
Electrocube — Технические бюллетени — PF, DF, Q
Rogers Corporation Advanced Connectivity Solutions
TRSTech

Материал	Диэлектрическая проницаемость	Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости TCe ppm / K	Температурный коэффициент частоты TCf ppm / K	Q (1 / тангенс δ)	f (ГГц)	Номер ссылки
Вакуум	1. 000000	–
Воздух (сухой)	1.0005899
SiO 2	3,9					1
Al 2 O 3	10	+ 115-200	-60	50 000	10	1 2 3 4 5
Ba 2 Ti 9 O 20	37-39	-25				1
TiO 2	86-173	-600				1
CaTiO 3	150–160	-1600				1
SrTiO 3	250-310	-2600				1
BaTiO 3	1250–10 000

Можно исследовать температурную зависимость диэлектрической проницаемости (ε ‘) и диэлектрических потерь (ε’ ‘). Некоторые материалы, например пирохлоры висмута проявляют диэлектрическую релаксацию. Функцию Аррениуса можно использовать для моделирования релаксационного поведения с ν = ν _o exp [-E _a / (k _b T)], где ν — частота измерения, ν _o — попытка — частота скачка, E _a — энергия активации, а k _b — постоянная Больцмана. T определяли для каждой частоты измерения путем подгонки пика мнимой части относительной диэлектрической проницаемости к функции Гаусса.См. Рисунки 7 и 8 в этой рукописи.

Удельное сопротивление
Измерение сопротивления по Кельвину (4-проводное) — Allaboutcircuits.com
Геометрические факторы при четырехточечном измерении удельного сопротивления Четырехточечные зонды

Диэлектрическая керамика для электронного оборудования

Диэлектрическая керамика — это основной строительный блок любого электронного устройства. В различных отраслях промышленности, включая телекоммуникационные, медицинские, автомобильные и аэрокосмические приложения, растет спрос на разработку IoT, датчиков, исполнительных механизмов, антенн, фильтров и балунов.Свойства материала …

Диэлектрическая керамика — это основной строительный блок любого электронного устройства. В различных отраслях промышленности, включая телекоммуникационные, медицинские, автомобильные и аэрокосмические приложения, растет спрос на разработку IoT, датчиков, исполнительных механизмов, антенн, фильтров и балунов. Свойства материала, такие как диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери, коэффициент теплового расширения, теплопроводность, прочность на изгиб, модуль Юнга, играют ключевую роль в конкретном применении для изготовления устройств.Полярные диэлектрические материалы, такие как пьезоэлектрики, сегнетоэлектрики и мультиферроики, вызвали активные фундаментальные исследования в области вычислительной физической химии и экспериментальной материаловедения. Они также являются лидером в разработке передовых электронных компонентов, включая транзисторы, мемристоры и преобразователи. Совсем недавно открытие материалов на основе искусственного интеллекта является радикальным решением этой проблемы, которое использует передовые методы глубокого обучения и машинного обучения для извлечения информации из литературы по материалам.

Благодаря недавним достижениям в области регулирования энергетики, новые исследования привлекают большое внимание в материаловедении. Например, в этом сценарии все больше и больше привлекают сверхнизкотемпературная комбинированная керамика (ULTCC), сверхпроводниковая электроника для квантовых вычислений (SCE), холодно спеченная керамика (CSC) и изделия при комнатной температуре. Недавнее развитие печатной электроники от 2,5 D до 3D и 4D печати интеллектуальной керамики для электронных модулей следующего поколения.Кроме того, устойчивость и экономическое развитие замкнутого цикла являются предстоящими стратегиями в мире диэлектрических исследований. Вычислительные исследования пытались смоделировать ограниченное количество параметров, в основном ширину запрещенной зоны и поляризацию на текущем этапе. Другие полезные факторы, включая проводимость, диэлектрическую проницаемость, пьезоэлектричество и намагниченность, необходимо учитывать вместе с изменением ширины запрещенной зоны в дальнейших исследованиях. В дополнение к традиционным вычислениям могут быть внедрены методы с использованием ИИ (искусственного интеллекта) для ускорения поиска жизнеспособных структур материалов.Целью инициативы по открытию и разработке материалов на основе ИИ является:
(1) Ускорение открытия новых материалов и их свойств
(2) Извлечение полезных идей из литературы
(3) Автономное планирование экспериментов и
(4) Эксперименты с высокой пропускной способностью.

Несколько недавних открытий, таких как разработка новых пьезоэлектриков и термоэлектриков, являются свидетельством силы этого подхода. Области интереса для этой новой темы исследования могут включать, но не ограничиваются:

• UHTCC, HTCC, LTCC, материалы и устройства ULTCC.
• Печатные диэлектрики 2.5D, 3D и 4D.
• Микроволновые / мм-волновые материалы.
• Изготовление и определение характеристик узкозонных пьезоэлектриков, сегнетоэлектриков и мультиферроиков.
• Микро- или нанотехнологии фотоиндуцированной электро- / механо- / термострикции, сегнетоэлектричества, диэлектрической проницаемости, проводимости и пьезоэлектричества.
• Оригинальные открытия или разработка новых материалов с помощью подходов AI / ML.
• Усовершенствования научного оборудования для определения характеристик материалов на основе AI / ML.
• Разработки в дизайне экспериментов с очевидными результатами.

Ключевые слова : ULTCC, LTCC, HTCC, диэлектрическая керамика, искусственный интеллект, пьезоэлектричество, сегнетоэлектричество

Важное примечание : Все материалы по данной теме исследования должны находиться в рамках того раздела и журнала, в который они были отправлены, как определено в их заявлениях о миссии.