介电常数介质损耗实验原理与核心测量方法

介电常数介质损耗实验原理与核心测量方法

1. 基本原理

· 介电常数：表征材料在电场中储存电能的能力，定义为材料电容（C）与真空电容（C₀）的比值，即 ε = C/C₀。在交变电场中，介电常数通常表示为复数形式 *ε = ε' - jε''**，其中实部 ε' 为静态介电常数，虚部 ε'' 与介质损耗相关。

· 介质损耗：反映材料在电场中因极化弛豫、电导等机制产生的能量损耗，定义为 tanδ = ε''/ε'，对应功率因数的正切值。

2. 主流测量方法

· 电容法（常用）：通过测量样品电容（C）和等效并联电阻（Rp），计算得到：
ε' = C·d/(A·ε₀)，tanδ = 1/(2πf·C·Rp)
（d 为样品厚度，A 为电极面积，f 为测量频率）。

· 阻抗分析法：利用阻抗分析仪（如 Keysight E4990A、Concept 80 等）直接测量复数阻抗（Z*）或导纳（Y*），覆盖 10⁻² Hz~10⁹ Hz 宽频范围。

· 谐振法：适用于高频（微波段）测量，通过样品对谐振腔频率和品质因数的影响计算介电参数。

· 电桥法：传统低频测量（如西林电桥），适合低损耗材料的高精度测量。