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第四章 电磁介质第一节 电介质一、电介质—绝缘介质1.电介质内没有可以自由移动的电荷 在电场作用下，电介质中的电荷只能在 分子范围内移动。
2.分子电矩·分子—电偶极子(模型)分子的正负电中心相对错开。
·分子电矩二、电介质的极化1.极性电介质的极化p 分+- 电介质分子(1) 极性分子·正常情况下，内部电荷分布不对称， 正负电中心已错开，有固有电矩p 分， ·极性分子：如HCl 、H 2O 、CO 等。
(2)无外电场时·每个分子p 分 ≠ 0·由于热运动，各p 分取向混乱·小体积∆V (宏观小、微观大，内有大量 分子)内 ∑ p 分= 0(3)有外电场时·各 p 分向电场方向取向(由于热运动，取向 并非完全一致)外有外电场 无外电场分 ·且外电场越强 ⇒ | ∑ p 分| 越大·这种极化称取向极化2.非极性电介质的极化(1)非极性分子·正常情况下电荷分布对称，正负电中心重 合，无固有电矩。
·非极性分子：如He 、 H 2、 N 2、 O 2、 CO 2等。
(2)无外电场时·每个分子 p 分 = 0·∆V 内∑ p 分 = 0 (3)有外电场时·正负电中心产生相对位移，p 分(称感应电矩) ≠ 0E 外分 ·且外电场越强 ⇒ | ∑ p 分| 越大·这种极化称位移极化三、电极化强度1.电极化强度·为描写电介质极化的强弱，引入电极化强度矢量。
·定义：单位体积内分子电矩的矢量和或·P 是位置的函数·单位： C/m 2·对非极性电介质，因各p 分相同，有 P = n p 分n ---单位体积内的分子数·综上，对极性、非极性电介质都有 无外电场时， P = 0 有外电场时，P ≠ 0且电场越强 ⇒ | P | 越大2.电极化强度和场强的关系·由实验，对各向同性电介质，当电介质中 电场E 不太强时，有·χe ：电极化率(χe ≥ 0)，决定于电介质性质。
探究电容器的电介质电容器是一种用来储存电荷的电子元件，其中的电介质在电场作用下可以极大地影响电容器的性能和特性。
本文将探究电容器的电介质的作用、种类及其对电容器性能的影响。
一、电介质的作用电介质是电容器中的一种非导电材料，其存在使得电容器能够存储电荷。
与导电材料相比，电介质具有较高的电阻，可以阻止电荷在电介质内部的自由移动。
电介质在电场作用下，会产生极化现象，即使内部的正负电荷分离。
通过这种极化，电介质在电场中建立了与外电场相反的电场，从而增加了电容器的电容量。
二、电介质的种类电容器中常用的电介质种类繁多，包括但不限于空气、纸介质、陶瓷、塑料以及复合电介质等。
不同的电介质材料具有不同的特性，适用于不同的电容器应用场景。
1. 空气介质空气作为一种常见的电介质，广泛应用于小型电容器中。
它具有优异的绝缘性能和低损耗，但其体积较大，适用于低电容量的应用。
2. 纸介质纸介质是电容器早期常用的一种电介质，其性能相对较差。
纸介质容易受潮，导致电容器性能损失或短路。
由于技术的进步，纸介质现在已被更先进的材料所取代。
3. 陶瓷陶瓷电介质具有较高的介电常数和稳定性，适用于高频率和高电压应用。
常见的陶瓷电介质有氧化铝陶瓷和钛酸锶陶瓷等。
4. 塑料塑料作为电介质被广泛应用于电容器中。
它具有良好的绝缘性能、低损耗和高稳定性。
常见的塑料电介质有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及聚四氟乙烯(PTFE)等。
5. 复合电介质复合电介质是由多种电介质材料复合而成的复合材料。
它综合了各种电介质的优点，具有较高的介电常数、低损耗和良好的稳定性。
复合电介质常用于高性能电容器，如电力电容器和高频电容器等。
三、电介质对电容器性能的影响电介质的性能对电容器的性能有着重要的影响。
不同的电介质具有不同的介电常数、介电损耗和击穿电压等参数，会直接影响电容器的电容量、频率响应和耐压特性。
1. 介电常数介电常数是电介质的重要参数之一，它反映了电介质对电场的响应能力。
常用电容按介质区分有纸介电容、油浸纸介电容、金属化纸介电容、云母电容、薄膜电容、陶瓷电容、电解电容等。
图1 电容的外形
表1 常用电容的结构和特点
电容器上标有的电容数是电容器的标称容量。
电容器的标称容量和它的实际容量会有误差。
常用固定电容允许误差的等级见表2。
常用固定电容的标称容量系列见表3。
表2 常用固定电容允许误差的等级
表3 常用固定电容的标称容量系列
电容长期可靠地工作，它能承受的最大直流电压，就是电容的耐压，也叫做电容的直流工作电压。
如果在交流电路中，要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。
表4是常用固定电容直流工作电压系列。
有*的数值，只限电解电容用。
表4 常用固定电容的直流电压系列
由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体，它的电阻不是无限大，而是一个有限的数值，一般在1000兆欧以上。
电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻，或者叫做漏电电阻。
漏电电阻越小，漏电越严重。
电容漏电会引起能量损耗，这种损耗不仅影响电容的寿命，而且会影响电路的工作。
因此，漏电电阻越大越好。
电容的种类也很多，为了区别开来，也常用几个拉丁字母来表示电容的类别，如图2所示。
第一个字母C表示电容，第二个字母表示介质材料，第三个字母以后表示形状、结构等。
上面的是小型纸介电容，下面的是立式矩开密封纸介电容。
表5列出电容的类别和符号。
表6是常用电容的几项特性。
图2
表5 电容的类别和符号
表6 常用电容的几项特性
图表 1。
第四章 Bi1－x A x FeO3 (A= La, Nd; 0≤x<0.3)系列陶瓷通过对BiFeO3掺杂La，在~0.01≤x≤~0.2的范围内Bi1La x FeO3增强了电极化－x(P s>15µC/cm2)，在x≥~0.1时候，螺旋磁结构的反铁磁已经被破坏；因此，在~0.1≤x≤~0.2区域，同时具有较大的电极化和空间均匀的反铁磁，较大的磁电耦合效应可能出现。
在~0.2≤x≤~0.25区域，Bi1－x La x FeO3的P s忽然降到小于6µC/cm2，这说明此区域可能存在一个二级相变。
此外，我们发现Bi1Nd x FeO3和Bi1－x La x FeO3的性质类似。
－x§4.1 引言Ps明显增大的区域饱和极化 Ps反铁磁结构空间不均匀的反铁磁空间均匀的反铁磁La、Nd和Sm等A位掺杂元素的百分比较大的磁电耦合效应可能出现的局域图4-1 通过掺杂 La、Nd和Sm，可以增强电极化和破坏螺旋磁结构的反铁磁，存在一个区域，电极化被增大同时反铁磁空间均匀，这就是较大的磁电耦合效应可能存在的区域。
在典型的铁电存储材料中，Bi3.25La0.75Ti4O12、Bi3.15Nd0.85Ti4O12是最著名的两种，它们是通过掺杂抗疲劳性能不佳的Bi4Ti4O12后得到的。
研究人员受到前者的鼓舞，希望通过对BiFeO3掺杂La、Nd、Sm等获得优越的磁电性能[1-3]。
La3+、Nd3+和Sm3+三种离子103与Bi3+离子相近，容易掺入BiFeO3的晶格并在A位取代Bi3+，从而引起晶格常数的变化，是BiFeO3的A位掺杂材料中的最佳选择之一。
但是，当前最根本和最需要解决的问题不是选择哪一种掺杂材料，而是制备出高绝缘性，能够测到饱和P-V回线的材料。
因此，A x FeO3 (A=La, Nd; 0≤x<0.3)我们研究工作的重点在于制备条件。
我们成功制备了Bi1－x系列陶瓷，它们在室温至140o C的电阻率都能达到~109Ω⋅cm，击穿电场大于150kV/cm。
