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材料介電常數介質損耗的特性分析
閱讀：1642發布時間：2023-3-13
電介質極化是指在外電場作用下，電介質表面出現極化電荷，內部沿電場方向產生感應電偶極矩的現象。電介質極化有四種基本形式:電子位移極化、原子(或離子)位移極化、轉向極化和夾層極化.
介電常數可以用來在宏觀上反應固體電介質的極化行為。從宏觀的角度來說，極化就是物質的正、負電荷重心發生偏移，破壞了電中性的過程。相對介電常數sy是表征電介質或絕緣材料電性能的一個重要數據，反映了介電物質增加電容器電容能力的度量。介電常數是相對介電常數與真空中絕對介電常數的乘積。隨分子偶極矩和可極化性的增大而增大。復合材料應用于電力電子領域時，希望其介電常數值越小越好。復合材料在電場中存在以下三種極化形式:
(1)位移極化；制備熱界面復合復合材料使用的硅橡膠屬于非極性介質，位移極化占主導地位，在外電場作用下，構成分子的原子(或異號離子)之間發生相對彈性位移而產生感應偶極矩;
(2)轉向極化；當硅橡膠基體中存在水分子等極性分子時，極性分子可通過氫鍵作用于硅橡膠分子的側面，在電場作用下偶極子將沿電場方向發生轉向從而產生宏觀偶極矩;
(3)夾層極化；當構成熱界面復合材料的高導熱填料體系中含有多種填料且每種填料的熱導率互不相同時，不同填料界面之間會產生界面極化現象，夾層極化由電荷感應或者電荷注入產生。
介質損耗也叫介質損失，是指電介質在電場作用下，由于介質電導和介質極化的滯后效應，將一部分電能轉變成熱能釋放掉，從而在其內部引起能量損耗的現象。在交變電場作用下，電介質內流過的電流相量和電壓相量之間的夾角的余角6稱為介質損耗角。復合材料中有因電導引起的泄漏電流，因此在交直流電壓下都存在損耗。介質損耗的大小在一定程度上可以說明復合材料的絕緣性能的優劣。電介質損耗按照產生機理可分為以下三個方面:
(1)松弛損耗；電介質在電場作用下發生的各種極化都需要一定的時間才能建立，當偶極子的轉向極化跟不上電場周期的變化時，電介質極化與電場就產生了相位差，產生松弛現象，這一過程將消耗能量。當松弛時間與交變電場的周期T相等時，介質損耗具有極大值；
(2)共振損耗；電介質可以看成是原子、離子或電子等許多振子的集合，這些振子在電場作用下作受迫振動，導致能量的損耗和吸收。當電場頻率等于振子固有頻率，即產生共振時，損失的能量最大，故稱電介質共振損耗;
(3)電導損耗；電介質均具有一定電導，導電載流子在電場作用下定向漂移，形成傳導電流，傳導電流以熱的形式消耗掉，電導損耗與頻率無關。
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