电介质介电性能的影响因素

电介质介电性能的影响因素 

         电介质的介电性能并不是固定不变的，而是和电介质所处的环境有关。常见影响材料介电性能的参数有温度和电场频率。介电性能是电介质在电场下微观极化的宏观反应，因此，外界因素对介电性能的影响，本质就是对电介质的微观极化的影响。 

        电介质的微观极化在宏观参数的表现形式为介电常数，在实验中用仪器测得的材料介电常数是所有极化的综合表现。每种极化形式都有一特定的松弛频率，不同的极化松弛频率不同。当交变电场的频率大于松弛频率时，材料的该种极化则跟不上电场的变化，基本消失，也不再会对介电常数产生贡献，因此，随频率的增大，介电常数在松弛频率附近通常都会有一个台阶式的下降，如图 1.4 所示。而且该种极化在所有极化中占的比重越大，相对应的介电常数下降越多。极化是一个松弛过程，不是瞬间完成的。在松弛频率附近，电介质的极化滞后于电场变化，介电损耗迅速增加，在松弛频率附近形成一个尖峰，如图 1.4 所示。

      温度对电介质的影响非常复杂。对于晶体而言，还涉及晶型转变等复杂的过程，比如，偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物在 70 oC 左右会发生铁电体和顺电体之间的转变，介电常数达到最大值。这种转变和各种晶体的自身结构有关，这里就不再详述。这里讨论的温度对聚合物电介质介电性能的影响，不涉及聚合物晶型转变。温度的变化会改变某一固定频率的介电性能，变化趋势和频率有关。比如 Xu 等在研究尼龙 610 的介电性能的过程中发现，材料的介电性能在不同频率下随温度的变化趋势是不同的，如图 1.5 所示。从图中可以看出，在 100  Hz时，介电常数和损耗因子随温度增加而迅速增大；而在 1  MHz 时，介电常数随温度变大而变大的趋势减弱，损耗因子随温度增大先增大后减小。为了便于深入研究温度的影响，人们通常把温度和频率一起研究。在聚合物基体中，温度的影响与时温等效有点类似，随温度的升高，载流子和偶极的活动性都会增大，使得极化松弛时间变短，相当于频谱的形状没有变化而位置却向高频移动Fattoum 等在研究聚苯胺/聚甲基丙烯酸甲酯（PAni/PMMA）复合体系的介电松弛时发现，该材料电模量虚部的松弛峰随温度的提高而向高频移动，但形状几乎没有变化，如图 1.6 所示。

      温度对松弛的影响因松弛机理的不同而不同。有些松弛峰值频率和温度呈阿伦尼乌斯关系（公式 1.9 所示），如聚甲基丙烯酸甲酯的侧链松弛和界面极化松弛。对于这种松弛，我们可以测不同温度下的松弛频谱，然后用 lnf 对温度的倒数作图，依据斜率计算出该松弛的活化能，深入研究松弛机理。有些松弛与温度的关系则是符合 Vogel-Fulcher 方程（公式 1.10），  这些松弛多与聚合物的玻璃化转变有关，可以利用松弛时间来估算聚合物的玻璃化转变温度：