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第2章 介电材料

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材料的介电性

材料的介电性


电子位移极化 一切陶瓷介质中 离子位移极化 离子结构介质 离子松弛极化 离子结构的玻璃、 结构不紧密的晶体 及陶瓷 电子松弛极化 钛质瓷、高价金属 氧化物基陶瓷 转向极化 有机材料
直流-超高频 随温度变化有 极大值 直流-超高频 随温度变化有 极大值 直流-超高频 随温度变化有 极大值 直流-超高 随温度升高而 减弱
K=?
根据正、负离子对的固有谐振 频率用实验方法求解k值。
正负离子位移形成的偶极距
qE qx q i E k
离子极化率
q i k
2
d E k 2 dx
根据离子晶体的势能E(x)，可 以得到k值。
2
离子位移极化模型（一维）
离子极化结论：
离子位移极化率与电子位移极化率几乎有相同的数量级； 离子位移极化只可能在离子晶体中存在，液体或气体介质
电介质基本常数之间的关系
提高电介质的介电常数有利于提高电容器的存
储电荷量，然而介电损耗也将随之增加，因而 寻找一种兼具有高介电常数和低介电损耗的电 介质是当前科学研究者的任务。
材料的介电常数越大，其介电强度不一定高；
电介质的电导越大，介电损耗也越高。
一些材料的介电性能
材料 真空 水 纸 红宝石云母 相对介电常数 1 78 3.5 5.4 介电强度/(kV· cm-1) ∞ — 1.4 16
介电常数：是指以电极化的方式传递、存贮或 记录电的作用。
电导：是指电介质在电场作用下存在泄露电流。
介电损耗：是电介质在电场作用下存在电能的损耗。
介电强度：是指在强电场下可能导致电介质的破坏。
好的电介质要求较容易极化，具有较高的介电常数和介电 强度，较低的电导和介电损耗。
第四节 材料的介电性
电介质材料

电介质材料


（4）空间电荷极化 在实际的电介质材料中，由于制造工艺和材料的纯
度影响，不可避免地有局部的介质不均匀，如存在夹层或 大量的晶体缺陷。在外电场的作用下，介质中的少量载流 子会发生漂移，它们可能被势阱捕获，也可能在介质不均 匀的夹层处界面上堆积起来而形成空间电荷的积累。这种 介质中由于空间电荷的移动形成的电荷分布即是空间电荷 极化。它的频率响应最慢 102 s 。
电介质是在电场中没有稳定传导电流通过而以 感应的方式对外场做出相应的扰动物质的统称。
电介质的特征是以正、负电荷重心不重合的电极 化方式传递、存储或记录电的作用和影响，但其中起 主要作用的是束缚电荷。
1、静电场中电介质的极化
在电介质材料的分子中，正、负电荷彼此强烈地束缚 着。在弱电场的作用下，虽正电荷沿电场方向移动，负电 荷逆电场方向移动，但它们并不能挣脱彼此的束缚而形成 电流，只能产生微观尺度的相对位移。在电介质内部形成 电偶极矩，而在与外电场垂直的电介质表面上出现了感应 电荷。
3.2 薄膜组分的表征方法
• 分析内容包括测定表面的元素组成，表 面元素的化学态及元素沿表面横向分布 和纵向深度分布等。
•其中的多数方法都是基于原子在受到激 发以后内层电子排布会发生变化并发生 相应的能量转换过程的原理
1、原子内电子激发及相应的能量过程
（a）-基态电子的内 层电子排布 （b）-K层电子空能 级的形成 （c）-特征X射线的 产生 （d）-俄歇电子的产 生
I jw rC0 w rC0tg V
jw r j rtg C0V ,
I jwC0 r V
其中r 定义为复数相对介电常数，简称复介电常数：
r r jrtg r' jr"
r的实部
' r
第2章 介电材料

第2章 介电材料



四、反铁电体 反铁电体是一些离子晶体，它的相邻行或列上的 离子沿反平行的方向自发极化，最简单的如图2－ 7(a)所示。图2－7(b)则表示离子沿对角线反平行位 移的一般情形。
图2－7 反铁电体的位移和结构示意图 （a）二维反铁电体晶格结构；（b）离子沿对角线反平行位移
最初发现具有反铁电性的晶体为三氧化钨，当温 度高于1010K时，它处于反铁电相。X射线衍射实 验表明，钨离子沿反平行方向位移。 后来发现锆酸铅也具有反铁电相。对锆酸铅反铁 电体的研究较多。锆酸铅室温下的介电常数ε约为 100，可是在230℃时，介电常数出现尖锐峰值； 当温度高于230℃时，遵从居里—外斯定律。 铁电材料的研究目前主要是改进原有品种和开发 新品种。利用离子位移和铁电性的关系，根据极 性空间群的各种晶体参数，可预测新的铁电体。 铁电材料主要用于压电、电光等材料。

4 3 e 0 R 3
图2－3 离子位移极化的简化模型

离子极化率：离子在电场作用下偏移平衡位臵的 移动，相当于形成一个感应偶极距。也可理解为 离子晶体在电场作用下离子间的键合被拉长。图2 －3所示是离子位移极化的简化模型。根据经典弹 性振动理论可以估计出离子位移极化率αa
a a 40 n 1
分子极化率一般由电子极化率αe、原子（离子） 极化率αa和取向极化率α0三部分构成：
e a 0
图2－2 电子轨道位移

电子极化率：在外电场作用下，原子外围的电子 轨道相对于原子核发生位移（如图2－2所示）， 原子中的正负电荷重心产生相对位移，这种极化 称为电子位移极化。 根据玻尔原子模型，经典理论可以计算出电子的 平均极化率αe。
2.2 铁电材料
一、铁电体的定义 铁电体指在某温度范围内具有自发极化且极化强 度可以因外电场而反向的晶体。铁电体的一个特 点是具有电滞回线（见图2－5）。
电活性高分子材料

电活性高分子材料


2、电致发光高分子材料发展史
• 20世纪初发现SiC晶体在电场作用下的发光
现象。在此基础上开发出各种无机半导体电致
发光器件。
•
• •
60年代发现非晶态的有机电致发光材料。
90年代初发现导电聚合物的电致发光现象。 至此，聚合物薄膜型电子发光器件成为研 究的主流。
3、电致发光高分子材料的特点 ①、通过成份、结构等改变，能得到不同禁带宽度 的发光材料，从而获得包括红、绿、蓝三基色的全谱 带发光。
• 该方法己经被用来给厚板型聚合物和薄 膜型材料注入电荷。
5、光驻极体形成法
使用光作为激发源产生驻极体。
理论依据： 如果在电场存在下，使用可见光或者紫外光照射光 导材料，由于光照射产生的载流子被电场分离，并 被俘获，会产生永久性极化。
电荷可以是分布在电极和聚合物界面上的两个分离 的，符号相反的双电荷分布区，也可以是分布于材 料内部的单电荷分布区。 应用于无机和有机光导体的电荷注入过程，其中最 重要的高分子光导体是聚乙烯基咔唑与芴酮共聚物。
4、电子束注入法 通过电子束发射源将适当能量的电子直接注入到合 适厚度的聚合物中。 可以得到具有体电荷的高分子驻极体，主要是由于 电子束具有较高的能量，可以穿透材料表面。
要点：
• 电子束的能量和被极化材料的厚度应该配合好，防 止电子能量过高而穿过聚合物膜。聚合物厚度与穿 透电子的能量有一定关系。 • 为了使电子束在材料表面均匀注入，需要在电子束 运行途中加入扫描或者散焦装置。
第三章 电活性高分子材料
第一节 概 述
1、电活性高分子材料 在电参数作用下，由于材料本身组成、构型、构象 或超分子结构发生变化，表现出的特殊物理和化学性 质的高分子材料。
2、电活性高分子材料类型
第2章敏感材料概述

第2章敏感材料概述

第 2 章 敏感材料概述
第一节 半导体材料在传感器技术领域的应用
一、单晶半导体材料
表 2-1 采用半导体材料制作的传感器例子
传感器
光传感器
磁传感器 压力传感器 气体传感器 温度传感器 加速度传感器 化学传感器 温度传感器 流量传感器 感温整流器 放射性监测器 超声波传感器
效应
光生伏特效应
光导电效应
热点效应 霍尔效应 磁阻效应 压电效应 压阻效应 吸附阻抗变化 吸附引起功函数变化 气体色谱法 吸附阻抗变化 压阻效应 压电效应 FET 的栅电压变化 门控制型二极管 热电动势 BIP 晶体管温度测量 BIP 晶体管温度特性 热激励电流的温度特性 光电导效应 光电导效应 压电效应
CdS，AgI
器
栅极吸附效应 MOSFET
SSiiO（2，栅S材A2－gH用X＋，：：AP用bgO于2S）S，i3XN－4用／：离子（敏IFS感E性T）FET
1．热敏电阻 以钛酸钡基半导瓷制备的 PTC 热敏电阻器（PTCR），可实现彩电消磁、马达启动、过 流保护、恒温加热等功能。这类元件属于开关型。不同开关温度和电流－时间特性的各种规 格 PTCR 分别适用于空调机、电冰箱、电风扇等各类电机启动。在开关温度附近的 PTCR 处 于等功率段和等阻段，具有限流和热自控功能，因此可用于通信配线架及其它晶体管电路的 限流保护。此外，还广泛应用于暖风机、卷发机等家用电器，以及干燥箱、暖房等工业用恒 温加热装置，并以其高安全性、高可靠性和节能性大量取代传统的电阻丝加热器。 PTCR 还可用作恒温器，用于恒温型石英晶体振荡器（TCXO）以及移动电话手机充电 器。高精度的负温度系数热敏电阻器（NTCR）则可用于晶振的温度补偿和充电器电路的过 流保护。 2.压敏电阻器 压敏电阻器是一种对外加电压敏感的非线性变阻器（Varistor）。半导瓷压敏电阻以氧化 锌系为主。当电压超过定值 UB 时，元件立即导通呈低阻态，防止过压对电力或电子线路的
电性功能材料

电性功能材料


固体的导电性
i为金属中的电 流密度，σ为金 属的电导率，E 为施加在金属上 的电场强度。
欧姆定律 i＝σE或E＝ρi
σ＝1/ρ(ρ为电阻率)
物质的导电性用 电导率σ来表征
L = RS
电导率的大小决定了固态物质的导电性能
第 二 电性功能材料 章
S?
•导电功能材料的分类 导体(σ＝106～108S/m) 根据固体在室温 下的电导率 半导体(σ＝10-9～105S/m) 绝缘体(σ＝10-20～10S/m)
国际上通用的硬铝线HAl则主要用于送、配电 线，它只能在90℃以下连续使用。大容量高压输电 导线要在150℃下连续工作，需用含Zr等耐热铝合 金TAl；而变电所用的母线则要在200℃下连续工作， 必须使用超耐热铝合金STAl。
第 二 电性功能材料 章
金属导电材料—导电布线材料
导体布线材料
主要采用Au、Ag、Cu、Al等电导率高的材料，有 时也使用金属粉和石墨粉与非金属材料混合的复合 导电材料，其电阻率通常比强电用材料的电阻率高 的多，并有厚膜和薄膜之分。 电子工业用的导体布线材料应具有膜电阻小、 附着力强、可焊性和抗焊熔性好等优点
复合型
第 非金属导电材料－导电高分子材料 二 电性功能材料 章
1.结构型导电高分子材料
结构型高分子导电材料中，至今只有聚氮化硫 (SNfn)可算是纯粹的结构型导电高分子材料，其他 的许多几乎是用氧化还原、离子化或电化学方法进 行掺杂后才具有较高的导电性。
目前研究较多的是聚乙炔、聚苯胺、聚苯硫醚、 聚噻吩、聚吡咯等。
auagptpd等新型的cu等贱金属厚膜导体新型的cu等贱金属厚膜导体膜电阻小可焊性和抗焊熔性好无离子迁移可焊性和抗焊熔性好无离子迁移优点缺点工艺要求较高老化性能尚不如贵金属厚膜导体好工艺要求较高老化性能尚不如贵金属厚膜导体好第二章电性功能材料贵金属贵金属厚制作方法导体浆料丝网印刷后烧结而成膜层致密附着力强金属导电材料导电布线材料特点厚膜导体膜导体附着力强可用非活性焊接剂焊接抗焊熔性均好丝网印刷性能好与多种电阻及介质材料兼容可用非活性焊接剂焊接抗焊熔性均好丝网印刷性能好与多种电阻及介质材料兼容第二章电性功能材料要求金属导电材料导电布线材料薄膜布线导体分为单元膜和复合膜两大类具有导电性好附着力强化学稳定性高可焊性和耐焊性均好成本低等特点
电子元器件及常用工具设备

电子元器件及常用工具设备

• Ｅ２４ 系列电阻标称阻值， 对应允许偏差为±５％， 查看Ｅ２４ 系 列电阻规格表。
• Ｅ４８ 系列电阻标称阻值， 对应允许偏差为±２％， 查看Ｅ４８ 系 列电阻规格表。
• Ｅ９６ 系列电阻标称阻值， 对应允许偏差为±１％， 查看Ｅ９６ 系 列电阻规格表。
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２.２ 通孔插装（ ＴＨＴ） 元件
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２.２ 通孔插装（ ＴＨＴ） 元件
• ２） 允许偏差 • 允许偏差是指电容器的标称容量与实际容量之间的允许最大偏差范围
。电容器的容量偏差与电容器介质材料及容量大小有关。电解电容器 的容量较大， 误差范围大于±１０％； 而云母电容器、玻璃釉电容 器、瓷介电容器、涤纶电容器、聚苯乙烯电容器、聚丙烯电容器等的 容量相对较小， 误差小于±２０％。 • ３） 额定电压 • 额定电压也称电容器的耐压值， 是指电容器在规定的温度范围内， 能够连续正常工作时所能承受的最高电压。 • 额定电压值通常标注在电容器上。在实际应用时， 电容器的工作电 压应低于电容器上标注的额定电压值， 否则会造成电容器因过压而 击穿损坏。
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２.１ 电子元器件的分类及主要参数
• 电子元器件是在电路中具有独立电气功能的基本单元。元器件在各类 电子产品中占有重要的地位， 特别是通用电子元器件（如电阻器、 电容器、电感器、晶体管、集成电路和开关、接插件等）， 更是电 子设备中必不可少的基本材料。随着近年来电子工业的迅速发展，对 元器件也不断地提出了新要求， 而元器件制造厂商也在不断采用新 的材料、新的工艺， 不断推出新产品， 为其他电子产品的发展开拓 新的途径， 并使电子设备的设计制造经历了几次重大的变革。从早 期的电子管到后来的半导体晶体管， 特别是微电子技术的发展， 使 得整机结构和制造工艺进入一个崭新的阶段， 才有了微型整机。
介电材料

介电材料


• （1）高的体积电阻率（室温下大于1012Ωm）和高介电强 度（>104kVm－1），以减少漏导损耗和承受较高的电压。
• （2）高频电场下的介电损耗要小（tanδ一般在2×10－4～ 9×10－3范围内）。介电损耗大，会造成材料发热，使整机 温度升高，影响工作。另外，还可能造成一系列附加的衰 减现象。
第一章
电介质陶瓷
第一节 电介质陶瓷
• 电介质陶瓷是指电阻率大于108Ωm的陶瓷材料，能承受较强 的电场而不被击穿。按其在电场中的极化特性，可分为电绝缘 陶瓷和电容器陶瓷。随着材料科学的发展，在这类材料中又相 继发现了压电、铁电和热释电等性能，因此电介质陶瓷作为功 能陶瓷又在传感、电声和电光技术等领域得到广泛应用。
2、滑石的相变 120~200℃，脱去吸附水 1000℃，脱去结构水，转变为偏硅酸镁
3MgO 4SiO2 H 2O 3(MgO SiO2 ) SiO2 H 2O
1557℃，再次失去Si，生成镁橄榄石
2(MgO SiO2 ) 2MgO SiO2 SiO2
§ 1-2 典型低介装置瓷
• （ 3）机械强度要高，因为装置瓷在使用时，一般都要承 受较大的机械负荷。通常抗弯强度为 45～300Mpa，抗压 强度为400～2000Mpa。 • （4）良好的化学稳定性，能耐风化、耐水、耐化学腐蚀， 不致性能老化。
陶瓷基片
电子用陶瓷零件
陶瓷封装
• 电绝缘陶瓷材料按化学组成分为氧化物系和非氧化物系两 大类。氧化物系主要有Al2O3和MgO等电绝缘陶瓷，非氧 化物系主要有氮化物陶瓷，如Si3N4、BN、AlN等。大量 应用的主要有以下几个多元系统陶瓷：
• BaO-Al2O3-SiO2 系统； Al2O3-SiO2 系统； MgO- Al2O3-SiO2 系统；CaO- Al2O3-SiO2系统；ZrO2- Al2O3-SiO2系统。
第二章_液体、固体电介质的电气性能

第二章_液体、固体电介质的电气性能


对串、并联电路，有：P1=P2
CP
CS
1tg2
一般tgδ＜＜1，即tg2δ 0,
所以CP≈CS=C,则 P=P1=P2=U2ωCtgδ
4.电介质的损耗及其影响因素 影响电介质损耗的因素主要有温度、频率和电
压。不同的电介质所具有的损耗形式不同，从而温 度、频率和电压对电介质损耗的影响也不同。 5.介质损耗在工程实际中的应用
固体电介质的表面电导主要由表面吸附的水分
和污物引起，介质表面干燥、清洁时电导很小。介
质吸附水分的能力与自身结构有关。 有亲水性介质
和憎水性介质。
所以，介质的绝缘电阻实际上是体积电阻和表
面电阻两者的并联值
R RV RS RV RS
RS---表面泄漏电阻
RV---体积泄漏电阻
5.影响电介质电导的主要因素
IEC规定的电工绝缘材料的耐热等级（最高持续温度）：
Y（O） A
E
B
F
H
C
90 105 120 130 155 180 220℃
如果材料使用温度超过上述规定，绝缘材料 就将迅速老化，寿命大大缩短。实验表明，对A级 绝缘，温度每增加8℃，则寿命缩短一半左右，这 通常称为热老化的8℃原则。对B级和H级绝缘材料 而言，当温度每升高10℃和12℃时，寿命也将缩 短一半。
1.介电常数
组合绝缘的相对介电 常数ε为

S
(1 x) x S
x
s --固体电介质的相对介电常数
x --浸渍介质的相对介电常数
2.介质损耗
组合绝缘的组合绝缘的总介质损失角正切为
tg1(t1g xS xS )x 1(t1g xxxS )x
tg S --固体电介质的介质损失角正切
大连理工大学 材料科学导论 第二章 材料“四要素”是材料研究与应用的共性基础答案

大连理工大学 材料科学导论 第二章 材料“四要素”是材料研究与应用的共性基础答案

第二章材料科学与工程的四个基本要素作业一第一部分填空题（10个空共10分，每空一分）1．材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、结构与成份和合成与加工。

2．材料性质的表述包括力学性质、物理性质和化学性质。

3．强度可以用弹性极限、屈服强度和比例极限等来表征。

4．结构材料三类主要的失效形式分别是：断裂、磨损和腐蚀。

5．材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。

6．晶体结构有三种形式，它们分别是：晶体、非晶体和准晶体。

7．化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。

8．材料的强韧化手段主要有固溶强化、加工强化、弥散强化、第二相强化和相变增韧。

第二部分判断题（10题共20分，每题2分）1．材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应。

（√）2．疲劳强度是材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。

（√）3．硬度是指材料在表面上的大体积内抵抗变形或破裂的能力。

（错）4．性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现。

（√）5．晶体是指原子排列短程有序，有周期。

（错）6．材料的热处理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的相组成情况，达到改变材料性能的方法。

（√）7．材料表面工程包括表面改性和表面保护两个方面。

（错）8．材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过程。

（√）9．材料合成与加工过程是在一个不限定的空间，在给定的条件下进行的。

（错）10．材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题。

（√）第三部分简答题（4题共40分，每题10分）1．材料性能的定义是什么？答：在某种环境或条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定的规范所获得的表征参量。

2．金属材料的尺寸减小到一定值时，材料的工程强度值不再恒定，而是迅速增大，原因有哪两点？答：1）按统计学原理计算单位面积上的位错缺陷数目，由于截面减小而不能满足大样本空间时，这个数值不再恒定；2）晶体结构越来越接近无缺陷理想晶体，强度值也就越接近于理论强度值。

第二章静电场_第一部分

第二章静电场_第一部分


6
2. 静电场的散度方程和旋度方程
一.积分形式的静电场两个基本方程 1.高斯定理
uuur
uur r ∫ D0 • ds = ∑ q
表明 D 在闭合面S上通量特性，q为闭合面S包围的电 荷。 2.静电系统的守恒定理
0
∫
ur r E •dl = 0
ur 表明 E 在闭合回路上的环流量特性，电场具有守恒性。
2.3 泊松方程、拉普拉斯方程
1.泊松方程
推导
ρ ∇ ϕ= − ε0
2
泊松方程
uur u r u r ∴ ∇ • D 0 =∇ • (ε 0 E)=ε 0∇ • E =ε 0∇ • ( −∇ϕ ) = − ε 0∇ 2ϕ uur ∇ • D 0 = − ε 0∇ 2ϕ =ρ
)
此时电位函数
u ( z ) = ϕ ( z ) −ϕ ( z0)
σ ⎡ 2 2 2 2 ⎤ = + − + − + z a a z z z 0 ⎥ ⎣ ⎦ 2ε 0 ⎢
0
当
a→∞ u ( z) = 2ε 0
σ
(z
0
− z)
此时
ur E = −∇u ⎧ σ ur ez ⎪ ⎪ 2ε 0 =⎨ ur σ ⎪− ez ⎪ ⎩ 2ε 0 z>0 z<0
q2受到的电场力： F ( R, q1 , q2 ) 点电荷电场强度：
r R
q1
q2
r r q1 1 v E ( R, q1 ) = ⋅ 2 eR 4πε 0 R
u v v 1 1 R ⎛ ⎞ 利用： ∇ ⎜ ⎟ = −e R =− 3 2 R R ⎝R⎠
r r 1 q1 E ( R, q1 ) = − ∇( ) 4πε 0 R

【西安交通大学】【电介质物理】【姚熹、张良莹】【课后习题答案】【第二章】

【西安交通大学】【电介质物理】【姚熹、张良莹】【课后习题答案】【第二章】第二章变化电场中的电介质2-1 什么是瞬时极化、缓慢极化,它们所对应的微观机制代表什么,极化对电场响应的各种情况分别对何种极化有贡献,答案略2-2 何谓缓慢极化电流,研究它有何意义,在实验中如何区分自由电荷、束缚电荷随产生的传到电流,答案略2-3 何谓时域响应、频域响应,两者的关系如何,对材料研究而言，时域、频域的分析各由什么优缺点,答案略1,t/,2-4 已知某材料的极化弛豫函数，同时材料有自由电荷传ft,e(),导，其电导率为，求该材料的介质损耗角正切。

,tg,1,t/, 解 :由弛豫函数可知德拜模型 ft,e(),极化损耗，漏导损耗 tg,tg,GP如果交变电场的频率为 ; ,,,,,,()s, 则= tg,P22,，,,,s,,,,,1s, = ，tg,()G22,,,，,,10,该材料的介质损耗正切为:=+ tg,tg,tg,GP2-5 在一平板介质(厚度为d，面积为S)上加一恒定电压V，得,Vt 到通过介质的总电流为,已知介质的光频介电常数为 I,,，,e，求单位体积内的介质损耗、自由电子的电导损耗、极化 ,,弛豫与时间的关系。

若施加频率为的交变电场，其值又为多 , 23少,并求出介质极化弛豫函数f(t)。

解 :在电场的作用下(恒场)介质中的功率损耗即为介质损耗电功 dA,Vdq,VI(t)dtttVtVt,, A,VI(t)dt,(,，,e)Vdt,,Vt，,(1,e),,00,A,Vt W,,,V，,Ve,I(t)V,tW1,Vt 单位体积中的介电损耗 : w,,(,V，,Ve)dsdsV, 自由电子电导损耗 : w,1dsV,,Vt 极化弛豫损耗 : w,e,dsdVsV,,RI 电导率 :,,,,, , 0sR,d,Vt 电流 : I,,，,e其中为传导电流 I,,R,Vt 为极化电流 I,,erdQdsdP(),rrrIs 另一方面 ,,,rdtdtdt,,,EdP(,),t/,s,00r e,,dt,,,,E(),t/,,Vts,00 故 I,e,,er,1V2 有 ,,,E,,(,,,),sV,,ds,0Vd,d,, ,，s,2,sV0因而，加交变电场时 : w,,(,)s,,,,,， r,221，,,,,,,(,)s,,,,, 极化损耗 : 1r221，,,24,,d,,, 电导损耗 : ,,2r,,,,sV0022,,,,,(,)V120s,,,,,, 单位体积中的极化损耗功率 :W,E,01rr22222d(1，,,)V, 单位体积中的电导损耗功率 : W,GdsW,W，WrG1,t/,,Vt 弛豫函数 :f,e,Ve,1,t/,2-6 若介质极化弛豫函数，电导率为，其上施加电场 ,ft,e(), E(t)=0 (t<0);E(t)=at (t>0 , a为常数)求通过介质的电流密度。

(沪科版)高中物理选修3-2教师用书：第2章 2.3 探究电阻、电感和电容的作用 含解析

学习目标知识脉络1.知道电阻器对交变电流的阻碍作用.2.理解电感对交变电流的阻碍作用，知道感抗与哪些因素有关.3.掌握电容对交变电流的阻碍作用，知道容抗与哪些因素有关．(重点)4.掌握交变电流能“通过”电容器，理解阻抗感抗和容抗的实质．(重点、难点)电阻器、电感器对交变电流的作用[先填空]1．电阻对交流电的影响电阻器对直流和交变电流的影响是相同的．2．电感对交流电的影响电感既能让直流电通过又能让交变电流通过，但对交变电流有阻碍作用．(1)线圈的自感系数越大，电感对交变电流的阻碍作用也越大．(2)交变电流的频率越高，电感对交变电流的阻碍作用也越大．3．感抗(1)定义：电感器对交变电流所起的阻碍作用的大小，叫感抗．(2)公式：XL＝2πfL，单位：欧姆，国际代号：Ω.(3)规律：遵循欧姆定律，表达形式：I＝.[再判断]1．电阻器对直流和交流都有阻碍作用，但对交流电阻碍作用更大．(×)2．电感器对交流电阻碍作用与频率有关，频率越高，阻碍作用越大．(√)3．电感器对恒定电流没有阻碍作用．(×)[后思考]1．电感器对交变电流的阻碍，与交变电流的频率有关吗？【提示】有关．交变电流的频率越高，电感器的阻碍作用就越大．2．电感对交变电流有阻碍作用，怎样理解频率越高，感抗越大？【提示】当交变电流通过线圈时，线圈中就要产生自感电动势，而自感电动势总是阻碍电流的变化，这种阻碍作用与交变电流的频率有关，频率越高，电流变化越快，磁通量变化率越大，自感电动势越大，阻碍作用越大．[合作探讨]如图2­3­1所示，把线圈L与白炽灯串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上．取直流电源的电压与交流电压的有效值相等．图2­3­1①构造：它的线圈有的是绕在圆柱形的铁氧体芯上或空心．②特点：匝数少，自感系数L小．它只对频率很高的交流电产生很大的阻碍作用，而对低频交流电的阻碍作用较小．故高频扼流圈的作用是“通低频、阻高频”．1．交变电流通过一段长直导线时，电流为I，如果把这根长直导线绕成线圈，接入原电路，通过线圈的电流为I′，则( ) A．I′＞I B．I′＜IC．I′＝I D．无法比较【解析】长直导线的自感系数很小，其对交变电流的阻碍作用可以看做是纯电阻，流经它的交变电流只受到导线电阻的阻碍作用．当导线绕成线圈后，电阻值未变，但自感系数增大，对交变电流的阻碍作用不仅有电阻，而且有线圈的阻碍作用(感抗)，阻碍作用增大，电流减小，即I′＜I，故B对．【答案】B2．(多选)如图2­3­2所示电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u＝220sin100πt V，若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100 Hz，下列说法正确的是( )图2­3­2A．电流表示数增大B．电压表示数增大C．灯泡变暗D．灯泡变亮【解析】由u＝220sin 100πt V可得电源原来的频率为f＝ Hz ＝50 Hz.当电源频率由原来的50 Hz增为100 Hz时，线圈的感抗增大；线圈两端电压有效值增大，电压表示数增大，故选项B正确；在总电压的有效值不变的情况下，电路中的电流减少，选项A错．灯泡的电阻R是一定的，电流减小时，实际消耗的电功率减小，灯泡变暗，选项C正确，D错．【答案】BC3．(多选)如图2­3­3所示实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，S为双刀双掷开关，下面哪些叙述正确( )图2­3­3A．当S掷向a、b时灯较亮，掷向c、d时灯较暗B．当S掷向a、b时灯较暗，掷向c、d时灯较亮C．S掷向c、d，把电感线圈中的铁芯抽出来时灯变亮D．S掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗【解析】线圈对恒定电流无感抗，对交变电流有感抗，当交流电频率减小时，感抗变小，灯变亮，并且是有铁芯时感抗更大，故铁芯抽出时灯变亮．【答案】AC对电感器的认识感抗随交变电流频率的增大而增大，自感系数越大，感抗也越大，而感抗在电路中所起作用与电阻的阻碍作用相同．电容器对交变电流的作用[先填空]1．电容对交流电的影响电容器不能让直流“通过”但能让交变电流“通过”，但对交变电流有阻碍作用．(1)电容器的电容越大，阻碍作用越小．(2)交流电的频率越高，阻碍作用越小．2．容抗(1)定义：电容器对交变电流所起阻碍作用的大小，叫容抗．(2)公式：XC＝，单位：欧姆，国际代号：Ω.(3)规律：遵循欧姆定律，表达形式：I＝.[再判断]1．电容器两极板间是绝缘的，因而任何情况下电容支路上都没有电流通过．(×)2．电阻、电感、电容对交流电的阻碍本质是不同的．(√)3．电容器交替进行充放电，电路中就有电流“通过”了电容器．(√)[后思考]1．直流电路和交流电路中影响电压和电流关系的因素一样吗？【提示】不完全一样．直流电路中影响电压和电流关系的是电阻；而交流电路中影响电压和电流关系的不仅有电阻，还有线圈的感抗与电容器的容抗，它们对交变电流表现出不同的行为，存在着不同的作用．有着本质的区别．2．交变电流是真的通过了电容器吗？【提示】不是．交变电流反复给电容器充电、放电，在电容器的充、放电过程中，形成了充电电流和放电电流，可以对外做功，如使灯泡发光，好象是交变电流“通过”了电容器．实质上没有通过．[合作探讨]如图2­3­4所示，白炽灯L与电容器C串联后接在A、B两点，A、B两点再连接在电压为U的直流或交流电源上．图2­3­4探讨1：在A、B两点连在直流电源和交流电源上，白炽灯L的发光情况如何？【提示】在A、B两点连在直流电源上时，白炽灯L不发光，连在交流电源上时，白炽灯L发光．探讨2：增大交变电流的频率，白炽灯的亮度如何变化？【提示】白炽灯L变亮．[核心点击]1．交变电流能“通过”电容器的实质电容器的两极板之间是相互绝缘的，不论是恒定电流还是交变电流，自由电荷都不能通过两极板之间的绝缘介质．通常所说的交变电流“通过”电容器，并不是自由电荷穿过了电容器，而是在交流电源作用下，当电压升高时电容器充电，电容器极板上的电荷量增加，形成充电电流，如图2­3­5甲；当电压降低时电容器放电，电容器极板上的电荷量减少，形成放电电流，如图2­3­5乙．由于电容器反复不断地充电和放电，使电路中有持续的交变电流．甲：充电乙：放电图2­3­52．电容器对交变电流产生阻碍作用的实质(1)在电容器充电与放电过程中，电容器两极间形成跟原电压相反的电压，这就对电流产生了阻碍作用，即容抗XC.(2)电容越大，在同样电压下电容器聚集的电荷就越多，因此容抗就越小；交变电流的频率越高，充电和放电就进行得越快，因此容抗就越小．电容器的容抗XC跟它的电容C和交变电流频率f间关系：XC ＝.3．电阻、感抗、容抗的区别电阻感抗容抗产生的原因定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞电感器的自感现象阻碍电流的变化电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用在电路中特点对直流、交流均有阻碍作用通直流、阻交流、通低频、阻高频通交流、隔直流、通高频、阻低频决定因素由导体本身(长短、粗细、材料)决定，与温度有关由电感器本身的自感系数和交流电的频率决定由电容的大小和交流电的频率决定电能的转化与做功电流通过电阻做功，电能转化为内能电能和磁场能往复转化电流的能与电场的能往复转化4．两个相同的灯泡L1和L2，分别与两个相同的电容器C1和C2连接，如图2­3­6所示．图中甲电路两端加恒定电压U1，乙电路两端加最大值为1.2U1的正弦交变电压U2，则此两灯的发光情况是( )甲乙图2­3­6A．L1灯比L2灯亮B．L1灯发光，L2灯不发光C．L1灯不发光，L2灯发光D．两灯亮度相同【解析】电容器通交流、隔直流，所以L1灯不发光．【答案】C5．(多选)如图2­3­7所示，当交流电源的电压(有效值)U＝220 V，频率f＝50 Hz时，3只灯L1、L2、L3的亮度相同(L无直流电阻)，若将交流电源的频率变为f＝100 Hz，则( )图2­3­7A．L1灯比原来亮B．L2灯比原来亮C．L3灯和原来一样亮D．L3灯比原来亮【解析】电容的容抗与交流电的频率有关，频率越高，容抗越小，即对高频交流电的阻碍作用小，所以A项对；电感线圈对交流电的阻碍作用随频率升高而增加，所以B项错；电阻R中电流只与交流电有效值及R值有关，所以C项正确，D项错误．【答案】AC6．如图2­3­8所示的电路，F为一交流发电机，C为平行板电容器，为使电流表A的示数增加，可行的办法是( )图2­3­8A．使发电机F的转速增加B．使发电机F的转速减小C．在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质D．使电容器两极板间距离增大【解析】当发电机转速增加时，交变电流的频率增大，容抗减小，电流表A的读数增大，A项正确，B项错误；在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质时，电容器的电容减小，使电容器两极板间距离增大时电容也减小，当电容减小时，容抗增大，对交变电流的阻碍作用增大，电流表A示数减小，C，D错误，故正确答案为A.【答案】A电容器的充放电(1)当电容器与直流电源的两极相连接时，接通的瞬间因电容器充电产生瞬时电流．充电完毕后，电容器两极板间电压与电源两极间电压相等，电路中没有电流．(2)当电容器与交流电源相连时，由于交流电压不断变化，所以电容器不断充电、放电，形成充、放电电流．。

第二章 液体和固体的介质的电气特性


第一节
液体和固体介质的极化、电导和损耗
一切电介质在电场的作用下都会出现极化、电导和损耗等 电气物理现象。不过气体介质的极化、电导和损耗都很微弱， 一般均可忽略不计。所以真正需要注意的只有液体和固体介质 在这方面的特性。
一、电介质的极化
电介质的极化是电介质在电场作用下，起束缚电荷相应于 电场方向产生弹性位移现象和偶极子的取向现象。这时电荷的 偏移大都是在原子或分子的范围内作微观位移，并产生电矩（ 即偶极矩）。 电介质极化的强弱可用介电常数ε的大小来表示，它与该 电介质分子的极性强弱有关，还受温度外加电场频率等因素的 影响。
I I R IC
U I R I3 I 2R R I C I1 I 2C UCP
U
IR
R
CP
IC
介质损耗角正切 tgδ 等于有功电流和无功电流的比值，即
IR U / R 1 tg I C UC P CP R
此时电路的功率损耗为
(3-8)
U 2 P U CP tg R
在液体介质中，还存在一种电泳电导，其载流子为带电的 分子团，通常是乳化状态的胶体粒子或小水珠，它们吸附电荷 后变成了带电粒子。 工程上使用的液体电介质通常只具有工业纯度，其中仍含 有一些固体杂质（纤维、灰尘等），液体杂质（水分）等和气 体杂质（氮气、氧气等），它们往往是弱电场下液体杂质中载 流子的主要来源。 温度升高时，分子离解度增大、液体粘度减小，所以液体 介质中的离子数增多、迁移率增大，可见其电导将随温度的上 升而急剧增大。
i
I15 i i2 i1 i3
I60
15
60
t(s)
上述三支路等值电路可进一步简化为电阻、电容的的并联 等值电路或串联等值电路。若介质损耗主要由电导所引起，常 采用并联等值电路；如果介质损耗主要由极化所引起，则常采 用串联等值电路。现分述如下：

高电压技术(第二章)

工程用变压器油中含有水分和纤维等杂质，由于它们的 r 很大
容易沿电场方向极化定向，排列成杂质小桥：
1. 如果杂质小桥尚未接通电极，则纤维等杂质与油串联，由于
度显著增高并引起电离，于是油分解出气体，气泡扩大，电 离增强，这样发展下去必然会出现由气体小桥引起的击穿。
纤维的 r大以及含水分纤维的电导大，使其端部油中电场强
Emax
利用系数： Eav r0 R ＝ ln Emax R r0 r0
Emin
0
r0
三. 影响液体介质击穿电压的因素
1.电压形式的影响 击穿电压跟电压的作用时间和电压上升 率有关 2. 含水量、含气量 3. 温度
4. 杂质的影响
5. 油量的影响
水分和油温
Ub(kV)
悬浮状水滴在油中是十分有 40 害的，如右图，当含水量为 万 分之几时，它对击穿电压就有明 20 显的影响，这意味着油中已出现 悬浮状水滴；含水量达0.02%时 击穿电压已下降至约15kV，比 0 0.02 0.04 含水量(%) 不含水分时低很多 。含水量继 标准油杯实验 续增大击穿电压下降已不多，因为只有一定数量的水分能悬 浮于水中，多余的会沉淀到油底部。 潮湿的油由0℃开始 上升时，一部分水分从悬浮状态转为 害处较小的溶解状态，使击穿电压上升；超过80 ℃后，水开始 汽化，产生气泡，引起击穿电压下降，从而在60 ℃～80℃间出 现最大值
与周围环境温度无关。
2. 热击穿：由于固体介质内部热不稳定性造成。
电压作用下 介质损耗， 使介质发热 发热大于散 热时，介质温 度不断升高 介质分解、 熔化、碳化 或烧焦
热击穿
特点：
(1)在电压作用下，产生的电导电流和介质极化引起介质损耗， 使介质发热． (2)热击穿电压随环境温度的升高而下降,热击穿电压直接与 散热条件有关

《介电材料》课件


中国介电材料市场规模及预测
市场规模：2020年，中国介电材料市场规模约为100亿元 增长趋势：预计未来五年，中国介电材料市场规模将以年均15%的速度增 长 应用领域：主要应用于电子、通信、汽车等领域
竞争格局：国内企业占据主导地位，但面临国际企业的竞争压力
介电材料市场发展趋势分析
市场需求：随着电子技术的发展，对介电材料的需求不断 增加
介电材料的PPT课件 大纲
,
汇报人：
目录 /目录
01
点击此处添加 目录标题
04
介电材料的制 备方法
02
介电材料的概 述
05
介电材料的市 场现状与未来 发展
03
介电材料的性 能参数
06
介电材料的应 用案例分析
01 添加章节标题
02 介电材料的概述
介电材料的定义
介电材料：具有高介电常数和低损耗的电介质材料 应用领域：电子、通信、能源等领域 特性：绝缘、导电、磁性等 常见类型：陶瓷、高分子、复合材料等
全球介电材料市场规模及预测
2020年全球介电材料市场规模约为100亿美元 预计到2025年，全球介电材料市场规模将达到150亿美元 亚太地区是全球最大的介电材料市场，占全球市场份额的40% 北美和欧洲地区也是重要的介电材料市场，分别占全球市场份额的30%和20% 随着5G、物联网等新兴技术的发展，介电材料市场将迎来新的增长机遇
介电材料的研究方向与展望
展望：未来介电材料的发展 趋势，如高介电常数、低损 耗、高稳定性等
应用领域：介电材料在电子、 通信、能源等领域的应用前 景
研究方向：新型介电材料的 开发，如纳米材料、复合材 料等
挑战与机遇：介电材料面临 的技术挑战和市场机遇

电介质物理--电介质物理-第1章


物质的形态：凝聚态(固态、液态)、气态、等离 子态 什么叫材料? 材料科学与工程学科的内涵 材料之分类 材料科学基础：物理化学、晶体学、材料物理 (金属物理、半导体物理、电介质物 理、…)、……
物质按输运特性分类
载流子长程运动与位移—传导、宏观电流
绝缘体 （无载流子长程运动与位移）：大部分非金属 单质与化合物
参考书
殷之文，电介质物理学(第二版)，科学出版社，北京， 2003。
钟维烈，铁电体物理学，科学出版社，北京，1996。 L.L. Hench, J.K. West, Principles of Electronic Ceramics,
John Wiley & Sons, New York, 1990.
绝缘体强调没有电荷之长程运动,电介质强调电荷之短程运动 绝缘体肯定是电介质并构成电介质之主体、然电介质不局限于绝缘体。
电介质材料的分类
P or D
P or D
P or D
Antiferroelectric hysteresis
E
电介质材料的主要应用
应用领域：
电子、通讯、计算机、家电、军事、交通、……
第5章 铁电原理 (8)
铁电体的结构、铁电体的对称性、对称性和物理性能的关系、畴结构与缺陷、结构 相变和软模、Landau唯象理论和涨落、结构相变与有序-无序
第6章 电介质材料最新进展 (6)
微波介质陶瓷、弛豫铁电材料、多铁性材料、 ……
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现定义
" " tan ' 'r r



损耗角正切tanδ表示为获得给定的存储电荷要消 耗的能量的大小，可以称之为“利率”。 ε”r或者ε’r tanδ有时称为总损耗因子，它是电介质 作为绝缘材料使用评价的参数。为了减少绝缘材 料使用的能量损耗，希望材料具有小的介电常数 和更小的损耗角正切。 δ为电感和电场的相位角。当δ=0时，即非交变电 场时，tanδ=0，ε”=0，ε*=ε’=ε即为静介电常数，同 样复介电常数ε*r=ε*/ε0，ε’r=ε’/ε0，ε”r=ε”/ε0表示。 由于ε随P而变，因此极化建立的 时间也较电子慢，大约为10-12~10-13s。

取向极化率：沿外场方向取向的偶极子数大于与 外场反向的偶极子数，因此电介质整体出现宏观 偶极距，这种极化称为取向极化。取向极化率α0
0 3kT
2 0

2、极化强度P 介电材料的极化强度是单位体积内电偶极矩的矢 量和：
第二章 介电材料
介电材料又叫电介质，是以电极化为特征的材料。 电极化是在电场作用下分子中正负电荷中心发生 相对位移而产生电偶极矩的现象。 电介质的极化：电介质在电场作用下产生束缚电 荷的现象。 极化：介质内质点（原子、分子、离子）正负电 荷重心的分离，从而转变成偶极子。也就是说， 在电场作用下，构成质点的正负电荷沿电场方向 在有限范围内短程移动，组成一个偶极子，如图2 －1所示。
P

V
n

3、静态介电常数ε 静态介电常数ε和极化强度p的关系为
P 0 E


从上式中可以看出，介质的极化强度P越大，ε也 越大。常用相对静态介电常数εr=ε/ε0，ε称为绝对 介电常数。 4、动态介电常数ε* 电介质分子的极化需要一定的时间，完成极化的 时间叫驰豫时间η，其倒数称驰豫频率f，电子极 化的f约1015Hz，相当于紫外频率，原子（离子） 极化的f约1012Hz，处于红外区，取向极化的在 100~1010Hz之间，处于射频和微波区。


设正电荷与负电荷的 位移矢量为l，则定义 此偶极子的电偶极距
ql

图2－1 偶极子
规定其方向为负电荷 指向正电荷，即电偶 极距的方向与外电场 E的方向一致。
2.1 介电材料

一、介电材料的特征值 1、分子极化率α 在电场作用下，介电材料的分子产生电偶极矩μ， 而
E

5、介电损耗W 在交变电场中，在每秒内，每立方米电介质消耗 的能量称介电损耗W

W 2fE 2fE tan
2 " 0 2 ' 0



6、电导率ζ 一般电介质或多或少有些电导率，其来源为漏电 电导率和位移电导率。 7、击穿电压 电介质承受的电压超过一定值后，就丧失了电介 质的绝缘性，这个电压叫做击穿电压。 二、介电材料的种类 气体、液体和固体。
（2）P与E形成电滞回线。 对铁电体，当外加电场E增加时， 极化强度P按OABC增加，增至C 时，电畴变成单一取向电畴（和E 取向一致），此时P达到饱和。 到E下降时，P按CBD曲线下降， 到E=0时，P=Pr，Pr称剩余极化。



而P=0时，E=-Ec，Ec称为矫顽电场强度。 而D达到饱和。再增加E，P按DC线增加而形成 CBD回线，即P和E有滞后效应。 C点处的切线和P轴的交点Ps称为饱和极化强度， 是相当于E=0时单畴的自发极化强度， PsBC相当 于P与E呈线性关系的P－E曲线。

4 3 e 0 R 3
图2－3 离子位移极化的简化模型

离子极化率：离子在电场作用下偏移平衡位臵的 移动，相当于形成一个感应偶极距。也可理解为 离子晶体在电场作用下离子间的键合被拉长。图2 －3所示是离子位移极化的简化模型。根据经典弹 性振动理论可以估计出离子位移极化率αa
a a 40 n 1




当电介质的极化强度随外加电场呈线性变化时， 称为线性介质。对一般电介质，其极化强度P与外 加电场的关系为P=NαE，α为常数。 当电介质的极化强度随外加电场呈非线性变化时， 称为非线性介质。 铁电体的极化强度随外加电场呈非线性变化，形 成如图2-5所示的形状，称为电滞回线。电滞回线 与铁磁体的磁滞回线相似。这和一般电介质不同。 二、铁电体的特性 （1）铁电体有许多电畴，不同的电畴之间永久偶 极矩的取向不一致。无外电场时，电畴无规则， 所以净极化强度为0。当施加外电场时，与电场方 向一致的电畴长大，而其他电畴变小，因此，极 化强度随电场强度变大而变大。



四、反铁电体 反铁电体是一些离子晶体，它的相邻行或列上的 离子沿反平行的方向自发极化，最简单的如图2－ 7(a)所示。图2－7(b)则表示离子沿对角线反平行位 移的一般情形。
图2－7 反铁电体的位移和结构示意图 （a）二维反铁电体晶格结构；（b）离子沿对角线反平行位移
最初发现具有反铁电性的晶体为三氧化钨，当温 度高于1010K时，它处于反铁电相。X射线衍射实 验表明，钨离子沿反平行方向位移。 后来发现锆酸铅也具有反铁电相。对锆酸铅反铁 电体的研究较多。锆酸铅室温下的介电常数ε约为 100，可是在230℃时，介电常数出现尖锐峰值； 当温度高于230℃时，遵从居里—外斯定律。 铁电材料的研究目前主要是改进原有品种和开发 新品种。利用离子位移和铁电性的关系，根据极 性空间群的各种晶体参数，可预测新的铁电体。 铁电材料主要用于压电、电光等材料。



在交变电场作用下，由于电场频率不同，极化对 电场变化的反应也不同。f越大，η越小，极化建 立需要的η：电子极化<离子极化<取向极化。 当f<100~1010Hz时，三种极化都可建立。 当1010<f<1013Hz时，取向极化来不及建立，只有 离子极化和电子极化能建立。 当1013<f<1015Hz时，取向极化和离子极化均来不 及建立，只有电子极化能建立，这叫极化的滞后。 极化强度与交变电场频率的关系如图2－4所示。 在交变电场中，由于极化滞后，介电常数要用复 数ε*表示，又叫动态介电常数。
2.2 铁电材料
一、铁电体的定义 铁电体指在某温度范围内具有自发极化且极化强 度可以因外电场而反向的晶体。铁电体的一个特 点是具有电滞回线（见图2－5）。

图2－5 铁电体的电滞回线

铁电体另一个特点是具有许多电畴（见图2－6）。
图2－6 BaTiO3晶体电畴结构示意图


电畴是指在一个电畴范围内永久偶极矩的取向都 一致，也就是每个区域内部的电偶极子沿同一方 向，但不同小区域的电偶极子方向不同，这每个 小区域称为电畴。畴之间边界地区称之为畴壁。 凡具有电畴和电滞回线的介电材料就称为铁电体。
分子极化率一般由电子极化率αe、原子（离子） 极化率αa和取向极化率α0三部分构成：
e a 0
图2－2 电子轨道位移

电子极化率：在外电场作用下，原子外围的电子 轨道相对于原子核发生位移（如图2－2所示）， 原子中的正负电荷重心产生相对位移，这种极化 称为电子位移极化。 根据玻尔原子模型，经典理论可以计算出电子的 平均极化率αe。
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图2－4 极化强度和电场频率的关系
式中： ε’为实部，即电容充电放电过程中，没有 能量损耗，ε’=ε0ε’r。 ε”为虚部，即电流与电压同相位，对应于能量损 耗部分，它由复介电常数的虚部ε”r描述，故称之 为介质相对损耗因子ε”，因ε”=ε0ε”r，则ε”称为介 质损耗因子。
（3）居里温度Tc是铁电相与顺电相的相转变温度， 当铁电体温度T>Tc时，铁电现象即消失。当T<Tc 时，铁电体处于铁电相。当T>Tc时，处于顺电相。 当T=Tc时发生相变。铁电相是极化有序状态，顺 电相则是极化无序状态。其间Tc称为居里点。 （4）介电常数ε与非铁电体不同。由于极化的非 线性，铁电体的介电常数不是常数，而是依赖于 外加电场。 三、铁电体的种类 按照铁电体极化轴的多少，可将铁电体分为两类。 一类是只能沿一个晶轴方向极化的铁电体，即无 序－有序型铁电体（软铁电体）。另一类是可以 沿几个晶轴极化的铁电体，这些晶轴在非铁电相 中都是等价的，称为位移型铁电体（硬铁电体）。