Диэлектрические свойства это: диэлектрические свойства — это… Что такое диэлектрические свойства?

Содержание

диэлектрические свойства — это… Что такое диэлектрические свойства?

  • диэлектрические потери
  • диэлектрический

Смотреть что такое «диэлектрические свойства» в других словарях:

  • диэлектрические свойства — Ндп. электроизоляционные свойства электроизолирующие свойства Совокупность свойств диэлектрика, связанных с явлением поляризации. Примечание Диэлектрические свойства характеризуются такими параметрами, как диэлектрическая восприимчивость,… …   Справочник технического переводчика

  • Диэлектрические свойства — 3. Диэлектрические свойства Ндп. Электроизоляционные свойства Электроизолирующие свойства Совокупность свойств диэлектрика, связанных с явлением поляризации. Примечание. Диэлектрические свойства характеризуются такими параметрами, как… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • диэлектрические свойства — электроизоляционные свойства; отрасл. диэлектрические свойства Совокупность технически важных электрических характеристик электроизоляционного материала или электрической изоляции …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • диэлектрические свойства — dielektrinės savybės statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. dielectric properties vok. dielektrische Eigenschaften, f rus. диэлектрические свойства, n pranc. propriétés diélectriques, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Физико-механические и диэлектрические свойства кремнийорганических пресс-материалов — Стеклотекстолит Волокнит Плотность, кг/м3 1600 1800 1800 2000 Разрушающее напряжение, МПа при растяжении при сжатии при изгибе …   Химический справочник

  • Физико-механические и диэлектрические свойства мочевино-(I) и меламиноформальдегидных (II) аминопластов — I II Плотность, кг/м3 1400 1500 1500 Разрушающее напряжение, МПа при растяжении при сжатии при изгибе …   Химический справочник

  • Физико-механические и диэлектрические свойства пенополистирола ПСВ

    — Кажущаяся плотность, кг/м3 12 350 Разрушающее напряжение, МПа при растяжении при сжатии при изгибе 0,18 0,30 0,08 0,53 0,10 1,63 Ударная вязкость, кДж/м2 …   Химический справочник

  • Физико-механические и диэлектрические свойства пластиката и винипласта — Пластикат Винипласт Плотность, кг/м3 1150 1340 1380 1400 Разрушающее напряжение, МПа при растяжении при изгибе 10 …   Химический справочник

  • Физико-механические и диэлектрические свойства поли-3,3-бис(хлорметил)оксациклобутана — Плотность, кг/м3 1400 Разрушающее напряжение, МПа при растяжении при сжатии при изгибе 38 55 85 95 60 85 Относительное удлинение при разрыве, % …   Химический справочник

  • Физико-механические и диэлектрические свойства полиамидов — П 6 П 12л* П 66л* Фенилон Плотность, кг/м3 1130 1020 1140 1350 …   Химический справочник

  • Физико-механические и диэлектрические свойства полиметиленоксида

    — Плотность, кг/м3 1410 Разрушающее напряжение, МПа при растяжении при сжатии при изгибе 65 70 110 130 125 Относительное удлинение при разрыве, % …   Химический справочник

Книги

  • Строение и свойства простых веществ. Благородные газы. Учебное пособие. Гриф МО РФ, Д. Н. Путинцев, Н. М. Путинцев. В книге рассмотрены структурные, термодинамические и диэлектрические свойства благородных газов, их взаимосвязь друг с другом и с межмолекулярным взаимодействием. Часть текста пособия служит… Подробнее  Купить за 1085 грн (только Украина)
  • Строение и свойства простых веществ. Благородные газы. Учебное пособие. Гриф МО РФ, Путинцев Д.Н.. В книге рассмотрены структурные, термодинамические и диэлектрические свойства благородных газов, их взаимосвязь друг с другом и с межмолекулярным взаимодействием. Часть текста пособия служит… Подробнее  Купить за 919 руб
  • Строение и свойства простых веществ Благородные газы Учебное пособие, Путинцев Д., Путинцев Н.. В книге рассмотрены структурные, термодинамические и диэлектрические свойства благородных газов, их взаимосвязь друг с другом и с межмолекулярным взаимодействием. Часть текста пособия служит… Подробнее  Купить за 723 руб
Другие книги по запросу «диэлектрические свойства» >>

Основные характеристики диэлектрических материалов. Что такое диэлектрики и где они используются Что называется диэлектриком

Относят материалы с удельным электрическим сопротивлением ρ 10 8 Ом·м. При этом надо заметить, что удельное сопротивление хороших проводников может составлять всего 10 −8 Ом·м, а у лучших диэлектриков превосходить 10 16 Ом·м. Удельное сопротивление полупроводников в зависимости от строения и состава материалов, а также от условий их эксплуатации может изменяться в пределах 10 −5 -10 8 Ом·м. Хорошими проводниками электрического тока являются металлы. Из 105 химических элементов лишь двадцать пять являются неметаллами, причём двенадцать элементов могут проявлять полупроводниковые свойства. Но кроме элементарных веществ существуют тысячи химических соединений, сплавов или композиций со свойствами проводников, полупроводников или диэлектриков. Чёткую границу между значениями удельного сопротивления различных классов материалов провести достаточно сложно. Например, многие полупроводники при низких температурах ведут себя подобно диэлектрикам. В то же время диэлектрики при сильном нагревании могут проявлять свойства полупроводников. Качественное различие состоит в том, что для металлов проводящее состояние является основным, а для полупроводников и диэлектриков — возбуждённым.

Ряд диэлектриков проявляют интересные физические свойства. К ним относятся электреты , пьезоэлектрики , пироэлектрики , сегнетоэластики, сегнетоэлектрики , релаксоры и сегнетомагнетики.

Использование

При применении диэлектриков — одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов — довольно четко определилась необходимость использования как пассивных, так и активных свойств этих материалов.

Диэлектрики используются не только как изоляционные материалы .

Пассивные свойства диэлектриков

Активные свойства диэлектриков

Активными (управляемыми) диэлектриками являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электролюминофоры, материалы для излучателей и затворов в лазерной технике, электреты и др.

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое «Диэлектрик» в других словарях:

    Диэлектрик … Орфографический словарь-справочник

    ДИЭЛЕКТРИК, материал, не проводящий электричество, например, изоляция, разделяющая два проводника в КОНДЕНСАТОРЕ. У этих материалов имеется такой показатель, как ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПОСТОЯННАЯ, определяющий, до какой степени материал может… … Научно-технический энциклопедический словарь

    Пироэлектрик, электрет, полиизобутилен, полипропилен, изолятор, полиэтилентерефталат, поликарбонат, синоксаль, политрифторхлорэтилен, политетрафторэтилен, полиарилат Словарь русских синонимов. диэлектрик сущ., кол во синонимов: 11 изолятор (21) … Словарь синонимов

    диэлектрик — Вещество, основным электрическим свойством которого является способность поляризоваться в электрическом поле. [ГОСТ Р 52002 2003] диэлектрик Материал, не проводящий электрический ток. Тематики электротехника, основные … Справочник технического переводчика

    ДИЭЛЕКТРИК, диэлектрика, муж. (физ.). Диэлектрическое тело, вещество, напр. стекло. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

    ДИЭЛЕКТРИК, а, муж. (спец.). Вещество, плохо проводящее электрический ток, непроводник. | прил. диэлектрический, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

    Вещество, слабо проводящее электр. ток. Д. являются: стекло, фарфор, слюда, мрамор, каучук, эбонит, сухое дерево, шелк, асбест, трансформаторное масло, воздух и т. д. Д. применяются для изоляции частей, находящихся под напряжением, для изоляции… … Технический железнодорожный словарь

    Диэлектрик — вещество, основным электрическим свойством которого является способность поляризоваться в электрическом поле… Источник: ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ. ГОСТ Р 52002 2003 (утв. Постановлением Госстандарта РФ от… … Официальная терминология

    диэлектрик — диэлектрик; отрасл. изолятор Вещество, основным электрическим свойством которого является способность к поляризации и в котором возможно существование электростатического поля … Политехнический терминологический толковый словарь

    Диэлектрик — – вещество, основным электрическим свойством которого является способность поляризоваться в электрическом поле. [ГОСТ 19880 74] Рубрика термина: Энергетическое оборудование Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Книги

  • Граничные эффекты в элементах бортовой аппаратуры космических аппаратов при действии ионизирующего излучения , Шилобреев Борис Алексеевич, Лазурик Валентин Тимофеевич, Яковлев Михаил Викторович. Представлены основные представления и методы расчетного и экспериментального определения приграничных распределений поглощенной энергии и объемного заряда в конструкционных материалах…

Диэлектрики — это вещество, которое не проводит, или плохо проводит электрический ток. Носители заряда в диэлектрике имеют плотность не больше 108 штук на кубический сантиметр. Одним из основных свойств таких материалов является способность поляризации в электрическом поле.

Параметр, характеризующий диэлектрики, называется диэлектрической проницаемостью, которая может иметь дисперсию. К диэлектрикам можно отнести химически чистую воду, воздух, пластмассы, смолы, стекло, различные газы.

Свойства диэлектриков

Если бы вещества имели свою геральдику, то герб сегнетовой соли непременно украсили бы виноградные лозы, петля гистерезиса, и символика многих отраслей современной науки и техники.

Родословная сегнетовой соли начинается с 1672 года. Когда французский аптекарь Пьер Сегнет впервые получил с виноградных лоз бесцветные кристаллы и использовал их в медицинских целях.

Тогда еще невозможно было предположить, что эти кристаллы обладают удивительными свойствами. Эти свойства дали нам право из огромного числа диэлектриков выделить особые группы:
  • Пьезоэлектрики.
  • Пироэлектрики.
  • Сегнетоэлектрики.

Со времен Фарадея известно, что во внешнем электрическом поле диэлектрические материалы поляризуются. При этом каждая элементарная ячейка обладает электрическим моментом, аналогичным электрическому диполю. А суммарный дипольный момент единицы объема определяет вектор поляризации.

В обычных диэлектриках поляризация однозначно и линейно зависит от величины внешнего электрического поля. Поэтому диэлектрическая восприимчивость почти у всех диэлектриков величина постоянная.

P/E=X=const

Кристаллические решетки большинства диэлектриков построены из положительных и отрицательных ионов. Из кристаллических веществ наиболее высокой симметрией обладают кристаллы с кубической решеткой. Под действием внешнего электрического поля кристалл поляризуется, и симметрия его понижается. Когда внешнее поле исчезает, кристалл восстанавливает свою симметрию.

В некоторых кристаллах электрическая поляризация может возникать и при отсутствии внешнего поля, спонтанно. Так выглядит в поляризованном свете кристалл молибдената гадолиния. Обычно спонтанная поляризация неоднородная. Кристалл разбивается на домены – области с однородной поляризацией. Развитие многодоменной структуры уменьшает суммарную поляризацию.

Пироэлектрики

В пироэлектриках спонтанная поляризация экранирует со свободными зарядами, которые компенсируют связанные заряды. Нагревание пироэлектрика изменяет его поляризацию. При температуре плавления пироэлектрические свойства исчезают вовсе.

Часть пироэлектриков относится к сегнетоэлектрикам. У них направление поляризации может быть изменено внешним электрическим полем.

Существует гистерезисная зависимость между ориентацией поляризации сегнетоэлектрика и величиной внешнего поля.

В достаточно слабых полях поляризация линейно зависит от величины поля. При его дальнейшем увеличении все домены ориентируются по направлению поля, переходя в режим насыщения. При уменьшении поля до нуля кристалл остается поляризованным. Отрезок СО называют остаточной поляризацией.

Поле, при котором происходит изменение направления поляризации, отрезок ДО называют коэрцитивной силой.

Наконец, кристалл полностью меняет направление поляризации. При очередном изменении поля кривая поляризации замыкается.

Однако, сегнетоэлектрическое состояние кристалла существует лишь в определенной области температур. В частности, сегнетова соль имеет две точки Кюри: -18 и +24 градусов, в которых происходят фазовые переходы второго рода.

Группы сегнетоэлектриков

Микроскопическая теория фазовых переходов разделяет сегнетоэлектрики на две группы.

Первая группа

Титанат бария относится к первой группе, и как ее еще называют, группе сегнетоэлектриков типа смещения. В неполярном состоянии титанат бария имеет кубическую симметрию.

При фазовом переходе в полярное состояние ионные подрешетки смещаются, симметрия кристаллической структуры понижается.

Вторая группа

Ко второй группе относят кристаллы типа нитрата натрия, у которых в неполярной фазе имеется разупорядоченная подрешетка структурных элементов. Здесь фазовый переход в полярное состояние связан с упорядочением структуры кристалла.

Причем в различных кристаллах может быть два или несколько вероятных положений равновесия. Существуют кристаллы, в которых цепочки диполя имеют антипараллельные ориентации. Суммарный дипольный момент таких кристаллов равен нулю. Такие кристаллы называют антисегнетоэлектриками.

В них зависимость поляризации линейная, вплоть до критического значения поля.

Дальнейшее увеличение величины поля сопровождается переходом в сегнетоэлектрическую фазу.

Третья группа

Существует еще одна группа кристаллов – сегнетиэлектриков.

Ориентация дипольных моментов у них такова, что по одному направлению они имеют свойства антисегнетоэлектриков, а по-другому сегнетоэлектриков. Фазовые переходы у сегнетоэлектриков бывают двух родов.

При фазовом переходе второго рода в точке Кюри спонтанная поляризация плавно уменьшается до нуля, а диэлектрическая восприимчивость, меняясь резко, достигает огромных величин.

При фазовом переходе первого рода поляризация исчезает скачком. Также скачком изменяется электрическая восприимчивость.

Большая величина диэлектрической проницаемости, электрополяризации сегнетоэлектриков, делает их перспективными материалами современной техники. Например, уже широко используют нелинейные свойства прозрачной сегнетокерамики. Чем ярче свет, тем сильнее он поглощается специальными очками.

Это является эффективной защитой зрения рабочих в некоторых производствах, связанных с внезапными и интенсивными вспышками света. Для передачи информации с помощью лазерного луча применяют сегнетоэлектрические кристаллы с электрооптическим эффектом. В пределах прямой видимости лазерный луч моделируется в кристалле. Затем луч попадает в комплекс приемной аппаратуры, где информация выделяется и воспроизводится.

Пьезоэлектрический эффект

В 1880 году братья Кюри обнаружили, что в процессе деформации сегнетовой соли на ее поверхности возникают поляризационные заряды. Это явление было названо прямым пьезоэлектрическим эффектом.

Если на кристалл воздействовать внешним электрическим полем, он начинает деформироваться, то есть, возникает обратный пьезоэлектрический эффект.

Однако эти изменения не наблюдаются в кристаллах, имеющих центр симметрии, например, в сульфиде свинца.

Если на такой кристалл воздействовать внешним электрическим полем, подрешетки отрицательных и положительных ионов сместятся в противоположные стороны. Это приводит к поляризации кристаллов.

В данном случае мы наблюдаем электрострикцию, при которой деформация пропорциональна квадрату электрического поля. Поэтому электрострикцию относят к классу четных эффектов.

ΔX1=ΔX2

Если такой кристалл растягивать или сжимать, то электрические моменты положительных диполей будут равны по величине электрическим моментам отрицательных диполей. То есть, изменение поляризации диэлектрика не происходит, и пьезоэффект не возникает.

В кристаллах с низкой симметрией при деформации появляются дополнительные силы обратного пьезоэффекта, противодействующие внешним воздействиям.

Таким образом, в кристалле, у которого нет центра симметрии в распределении зарядов, величина и направление вектора смещения зависит от величины и направления внешнего поля.

Благодаря этому можно осуществлять различные типы деформации пьезокристаллов. Склеивая пьезоэлектрические пластинки, можно получить элемент, работающий на сжатие.

В этой конструкции пьезопластинка работает на изгиб.

Пьезокерамика

Если к такому пьезоэлементу приложить переменное поле, в нем возбудятся упругие колебания и возникнут акустические волны. Для изготовления пьезоэлектрических изделий применяют пьезокерамику. Она представляет собой поликристаллы сегнетоэлектрических соединений или твердые растворы на их основе. Изменяя состав компонентов и геометрические формы керамики, можно управлять ее пьезоэлектрическими параметрами.

Прямые и обратные пьезоэлектрические эффекты находят применение в разнообразной электронной аппаратуре. Многие узлы электроакустической, радиоэлектронной и измерительной аппаратуры: волноводы, резонаторы, умножители частоты, микросхемы, фильтры работают, используя свойства пьезокерамики.

Пьезоэлектрические двигатели

Активным элементом пьезоэлектрического двигателя служит пьезоэлемент.

В течение одного периода колебаний источника переменного электрического поля он растягивается и взаимодействует с ротором, а в другом возвращается в исходное положение.

Великолепные электрические и механические характеристики позволяют пьезодвигателю успешно конкурировать с обычными электрическими микромашинами.

Пьезоэлектрические трансформаторы

Принцип их действия также основан на использовании свойств пьезокерамики. Под действием входного напряжения в возбудителе возникает обратный пьезоэффект.

Волна деформации передается в генераторную секцию, где за счет прямого пьезоэффекта изменяется поляризация диэлектрика, что приводит к изменению выходного напряжения.

Так как в пьезотрансформаторе вход и выход гальванически развязаны, то функциональные возможности преобразования входного сигнала по напряжению и току, согласование его с нагрузкой по входу и выходу, лучше, чем у обычных трансформаторов.

Исследования разнообразных явлений сегнетоэлектричества и пьезоэлектричества продолжаются. Нет сомнений, что в будущем появятся приборы, основанные на новых и удивительных физических эффектах в твердом теле.

Классификация диэлектриков

В зависимости от различных факторов они по-разному проявляют свои свойства изоляции, которые определяют их сферу использования. На приведенной схеме показана структура классификации диэлектриков.

В народном хозяйстве стали популярными диэлектрики, состоящие из неорганических и органических элементов.

Неорганические материалы – это соединения углерода с различными элементами. Углерод обладает высокой способностью к химическим соединениям.

Минеральные диэлектрики

Такой вид диэлектриков появился с развитием электротехнической промышленности. Технология производства минеральных диэлектриков и их видов значительно усовершенствована. Поэтому такие материалы уже вытесняют химические и натуральные диэлектрики.

К минеральным диэлектрическим материалам относятся:
  • Стекло (конденсаторы, лампы) – аморфный материал, состоит из системы сложных окислов: кремния, кальция, алюминия. Они улучшают диэлектрические качества материала.
  • Стеклоэмаль – наносится на металлическую поверхность.
  • Стекловолокно – нити из стекла, из которых получают стеклоткани.
  • Световоды – светопроводящее стекловолокно, жгут из волокон.
  • Ситаллы – кристаллические силикаты.
  • Керамика – фарфор, стеатит.
  • Слюда – микалекс, слюдопласт, миканит.
  • Асбест – минералы с волокнистым строением.

Разнообразные диэлектрики не всегда заменяют друг друга. Их сфера применения зависит от стоимости, удобства применения, свойств. Кроме изоляционных свойств, к диэлектрикам предъявляются тепловые, механические требования.

Жидкие диэлектрики
Нефтяные масла

Трансформаторное масло заливается в . Оно наиболее популярно в электротехнике.

Кабельные масла применяются при изготовлении . Ими пропитывают бумажную изоляцию кабелей. Это повышает электрическую прочность и отводит тепло.

Синтетические жидкие диэлектрики

Для пропитки конденсаторов необходим жидкий диэлектрик для увеличения емкости. Такими веществами являются жидкие диэлектрики на синтетической основе, которые превосходят нефтяные масла.

Хлорированные углеводороды образуются из углеводородов заменой в них молекул атомов водорода атомами хлора. Большую популярность имеют полярные продукты дифенила, в состав которых входит С 12 Н 10 -nC Ln.

Их преимуществом является стойкость к горению. Из недостатков можно отметить их токсичность. Вязкость хлорированных дифенилов имеет высокий показатель, поэтому их приходится разбавлять мене вязкими углеводородами.

Кремнийорганические жидкости обладают низкой гигроскопичностью и высокой температурной стойкостью. Их вязкость очень мало зависит от температуры. Такие жидкости имеют высокую стоимость.

Фторорганические жидкости имеют аналогичные свойства. Некоторые образцы жидкости могут долго работать при 2000 градусов. Такие жидкости в виде октола состоят из смеси полимеров изобутилена, получаемых из продуктов газа крекинга нефти, имеют невысокую стоимость.

Природные смолы

Канифоль – это смола, имеющая повышенную хрупкость, и получаемая из живицы (смола сосны). Канифоль состоит из органических кислот, легко растворяется в нефтяных маслах при нагревании, а также в других углеводородах, спирте и скипидаре.

Температура размягчения канифоли равна 50-700 градусов. На открытом воздухе канифоль окисляется, быстрее размягчается, и хуже растворяется. Растворенная канифоль в нефтяном масле используется для пропитки кабелей.

Растительные масла

Эти масла представляют собой вязкие жидкости, которые получены из различных семян растений. Наиболее важное значение имеют высыхающие масла, которые могут при нагревании отвердевать. Тонкий слой масла на поверхности материала при высыхании образует твердую прочную электроизоляционную пленку.

Скорость высыхания масла повышается при возрастании температуры, освещении, при использовании катализаторов – сиккативов (соединения кобальта, кальция, свинца).

Льняное масло имеет золотисто-желтый цвет. Его получают из семян льна. Температура застывания льняного масла составляет -200 градусов.

Тунговое масло изготавливают из семян тунгового дерева. Такое дерево растет на Дальнем Востоке, а также на Кавказе. Это масло не токсично, но не является пищевым. Тунговое масло застывает при температуре 0-50 градусов. Такие масла используются в электротехнике для производства лаков, лакотканей, пропитки дерева, а также в качестве жидких диэлектриков.

Касторовое масло используется для пропитки конденсаторов с бумажным диэлектриком. Получают такое масло из семян клещевины. Застывает оно при температуре -10 -180 градусов. Касторовое масло легко растворяется в этиловом спирте, но нерастворимо в бензине.

Все жидкие и твердые вещества по характеру действия на них электростатического поля делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики.

Диэлектрики (изоляторы) – вещества, которые плохо проводят или совсем не проводят электрический ток. К диэлектрикам относят воздух, некоторые газы, стекло, пластмассы, различные смолы, многие виды резины.

Если поместить в электрическое поле нейтральные тела из таких материалов, как стекло, эбонит, можно наблюдать их притяжение как к положительно заряженным, так и к отрицательно заряженным телам, но значительно более слабое. Однако при разделении таких тел в электрическом поле их части оказываются нейтральными, как и всё тело в целом.

Следовательно, в таких телах нет свободных электрически заряженных частиц, способных перемещаться в теле под действием внешнего электрического поля. Вещества, не содержащие свободных электрически заряженных частиц, называют диэлектриками или изоляторами .

Притяжение незаряженных тел из диэлектриков к заряженным телам объясняется их способностью к поляризации.

Поляризация – явление смещения связанных электрических зарядов внутри атомов, молекул или внутри кристаллов под действием внешнего электрического поля. Самый простой пример поляризации – действие внешнего электрического поля на нейтральный атом. Во внешнем электрическом поле сила, действующая на отрицательно заряженную оболочку, направлена противоположно силе, которая действует на положительное ядро. Под действием этих сил электронная оболочка несколько смещается относительно ядра и деформируется. Атом остаётся в целом нейтральным, но центры положительного и отрицательного заряда в нём уже не совпадают. Такой атом можно рассматривать как систему из двух равных по модулю точечных зарядов противоположного знака, которую называют диполем.

Если поместить пластину из диэлектрика между двумя металлическими пластинами с зарядами противоположного знака, все диполи в диэлектрике под действием внешнего электрического поля оказываются обращёнными положительными зарядами к отрицательной пластине и отрицательными зарядами к положительно заряженной пластине. Пластина диэлектрика остаётся в целом нейтральной, но её поверхности покрыты противоположными по знаку связанными зарядами.

В электрическом поле поляризационные заряды на поверхности диэлектрика создают электрическое поле, противоположно направленное внешнему электрическому полю. В результате этого напряжённость электрического поля в диэлектрике уменьшается, но не становиться равной нулю.

Отношение модуля напряжённости E 0 электрического поля в вакууме к модулю напряжённости Е электрического поля в однородном диэлектрике называется диэлектрической проницаемостью ɛ вещества:

ɛ = Е 0 / Е

При взаимодействии двух точечных электрических зарядов в среде с диэлектрической проницаемостью ɛ в результате уменьшения напряжённости поля в ɛ раз кулоновская сила также убывает в ɛ раз:

F э = k (q 1 · q 2 / ɛr 2)

Диэлектрики способны ослаблять внешнее электрическое поле. Это их свойство применяется в конденсаторах.

Конденсаторы – это электрические приборы для накопления электрических зарядов. Простейший конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин, разделённым слоем диэлектрика. При сообщении пластинам равных по модулю и противоположных по знаку зарядов +q и –q между пластинами создаётся электрическое поле с напряжённостью Е . Вне пластин действие электрических полей, направленное противоположно заряженных пластин, взаимно компенсируется, напряжённость поля равна нулю. Напряжение U между пластинами прямо пропорционально заряду на одной пластине, поэтому отношение заряда q к напряжению U

C = q / U

является для конденсатора величиной постоянной при любых значениях заряда q. Это отношение С называется электроёмкостью конденсатора.

Остались вопросы? Не знаете, что такое диэлектрики?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь .
Первый урок – бесплатно!

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Для того, чтобы определить: что такое диэлектрики в физике, вспомним, что важнейшей характеристикой диэлектрика является поляризация. В любом веществе свободные заряды перемещаются под воздействием электрического поля, при этом появляется электрический ток, а связанные заряды поляризуются. Вещества делятся на проводники и диэлектрики в зависимости от того какие заряды преобладают (свободные или связанные). В диэлектриках, преимущественно, под воздействием внешнего электрического поля возникает поляризация. Если разрезать проводник, находящийся в электрическом поле, то можно разделить заряды разных знаков. Такого проделать с поляризационными зарядами диэлектрика нельзя. В металлических проводниках свободные заряды могут перемещаться на большие расстояния, тогда как в диэлектриках положительные и отрицательные заряды перемещаются в пределах одной молекулы. У диэлектриков энергетическая зона полностью заполнена.
Если внешнее поле отсутствует, то заряды, имеющие разные знаки, по всему объему диэлектрика распределены равномерно. При наличии внешнего электрического поля, заряды входящие в молекулу, смещаются в противоположных направлениях. Данное смещение проявляется, как возникновение заряда на поверхности диэлектрика, при помещении его во внешнее электрическое поле — это и есть явление поляризации.
Поляризация зависит от вида в диэлектрике. Так, в ионных кристаллах поляризация возникает, в основном, из-за сдвига ионов в электрическом поле и лишь немного за счет деформации электронных атомных оболочек. Тогда как в алмазе, который имеет ковалентную химическую связь, поляризация идет за счет деформации электронных атомных оболочек в электрическом поле.
Диэлектрик называют полярным, если его молекулы обладают собственным электрическим дипольным моментом. В таких диэлектриках при наличии внешнего электрического поля электрические дипольные момента ориентируются вдоль поля.
Поляризацию диэлектрика определяют при помощи вектора поляризации . Эта величина равна сумме электрических дипольных моментов всех молекул в единичном объеме вещества. Если диэлектрик является изотропным, то выполняется равенство:

где — электрическая постоянная; — диэлектрическая восприимчивость вещества. Диэлектрическая восприимчивость вещества связана с диэлектрической проницаемостью как:

где — характеризует ослабление внешнего электрического поля в диэлектрике за счет наличия поляризационных зарядов. Полярные диэлектрики имеют наибольшие величины . Так, для воды =81.
В некоторых диэлектриках поляризация возникает не только во внешнем электрическом поле, но и при механических напряжениях. Данные диэлектрики носят название: пьезоэлектрики.
У диэлектриков удельное электрическое сопротивление много больше, чем у проводников. Оно лежит в интервале: Ом/см. Поэтому, диэлектрики применяют для изготовления изоляции электротехнических устройств. Важным случаем применения диэлектриков является их использование в электрических конденсаторах.

Диэлектрик — это материал или вещество, которое практически не пропускает электрический ток. Такая проводимость получается вследствие небольшого количества электронов и ионов. Данные частицы образуются в не проводящем электрический ток материале только при достижении высоких температурных свойств. О том, что такое диэлектрик и пойдёт речь в этой статье.

Описание

Каждый электронный или радиотехнический проводник, полупроводник или заряженный диэлектрик пропускает через себя электрический ток, но особенность диэлектрика в том, что в нем даже при высоком напряжении свыше 550 В будет протекать ток малой величины. Электрический ток в диэлектрике — это движение заряженных частиц в определённом направлении (может быть положительным и отрицательным).

Виды токов

В основе электропроводимости диэлектриков лежат:

  • Токи абсорбционные — ток, который протекает в диэлектрике при постоянном токе до тех пор, пока не достигнет состояния равновесия, изменяя направление при включении и подаче на него напряжения и при отключении. При переменном токе напряжённость в диэлектрике будет присутствовать в нём всё время, пока находится в действии электрического поля.
  • Электронная электропроводность — перемещение электронов под действием поля.
  • Ионная электропроводность — представляет собой движение ионов. Находится в растворах электролитов — соли, кислоты, щёлочь, а так же во многих диэлектриках.
  • Молионная электропроводность — движение заряженных частиц, называемых молионами. Находится в коллоидных системах, эмульсиях и суспензиях. Явление движения молионов в электрическом поле называется электрофорезом.

Классифицируют по агрегатному состоянию и химической природе. Первые делятся на твёрдые, жидкостные, газообразные и затвердевающие. По химической природе делятся на органику, неорганику и элементоорганические материалы.

По агрегатному состоянию:

  • Электропроводимость газов. У газообразных веществ достаточно малая проводимость тока. Он может возникать при наличии свободных заряженных частиц, что появляется из-за воздействия внешних и внутренних, электронных и ионных факторов: излучение рентгена и радиоактивного вида, соударение молекул и заряженных частиц, тепловые факторы.
  • Электропроводимость жидкого диэлектрика. Факторы зависимости: структура молекулы, температура, примеси, присутствие крупных зарядов электронов и ионов. Электропроводимость жидких диэлектриков во многом зависит от наличия влаги и примесей. Проводимость электричества полярных веществ создаётся ещё при помощи жидкости с диссоциированными ионами. При сравнении полярных и неполярных жидкостей, явное преимущество в проводимости имеют первые. Если очистить жидкость от примесей, то это поспособствует уменьшению её проводимых свойств. При росте проводимости и его температуры возникает уменьшение её вязкости, приводящее к увеличению подвижности ионов.
  • Твёрдые диэлектрики. Их электропроводимость обуславливается как перемещение заряженных частиц диэлектрика и примесей. В сильных полях электрического тока выявляется электропроводимость.

Физические свойства диэлектриков

При удельном сопротивлении материала равном меньше 10-5 Ом*м их можно отнести к проводникам. Если больше 108 Ом*м — к диэлектрикам. Возможны случаи, когда удельное сопротивление будет в разы больше сопротивления проводника. В интервале 10-5-108 Ом*м находится полупроводник. Металлический материал — отличный проводник электрического тока.

Из всей таблицы Менделеева только 25 элементов относятся к неметаллам, причём 12 из них, возможно, будут со свойствами полупроводника. Но, разумеется, кроме веществ таблицы, существует ещё множество сплавов, композиций или химических соединений со свойством проводника, полупроводника или диэлектрика. Исходя из этого, трудно провести определённую грань значений различных веществ с их сопротивлениями. Для примера, при пониженном температурном факторе полупроводник станет вести себя подобно диэлектрику.

Применение

Использование не проводящих электрический ток материалов очень обширно, ведь это один из популярно используемых классов электротехнических компонентов. Стало достаточно ясно, что их можно применять благодаря свойствам в активном и пассивном виде.

В пассивном виде свойства диэлектриков используют для применения в электроизоляционном материале.

В активном виде они используются в сегнетоэлектрике, а также в материалах для излучателей лазерной техники.

Основные диэлектрики

К часто встречающимся видам относятся:

  • Стекло.
  • Резина.
  • Нефть.
  • Асфальт.
  • Фарфор.
  • Кварц.
  • Воздух.
  • Алмаз.
  • Чистая вода.
  • Пластмасса.

Что такое диэлектрик жидкий?

Поляризация данного вида происходит в поле электрического тока. Жидкостные токонепроводящие вещества используются в технике для заливки или пропитки материалов. Есть 3 класса жидких диэлектриков:

Нефтяные масла — являются слабовязкими и в основном неполярными. Их часто используют в высоковольтных аппаратурах: высоковольтные воды. — это неполярный диэлектрик. Кабельное масло нашло применение в пропитке изоляционно-бумажных проводов с напряжением на них до 40 кВ, а также покрытий на основе металла с током больше 120 кВ. Масло трансформаторное по сравнению с конденсаторным имеет более чистую структуру. Данный вид диэлектрика получил широкое распространение в производстве, несмотря на большую себестоимость по сравнению с аналоговыми веществами и материалами.

Что такое диэлектрик синтетический? В настоящее время практически везде он запрещён из-за высокой токсичности, так как производится на основе хлорированного углерода. А жидкий диэлектрик, в основе которого кремний органический, является безопасным и экологически чистым. Данный вид не вызывает металлической ржавчины и имеет свойства малой гигроскопичности. Существует разжиженный диэлектрик, содержащий фторорганическое соединение, которое особо популярно из-за своей негорючести, термических свойств и окислительной стабильности.

И последний вид, это растительные масла. Они являются слабо полярными диэлектриками, к ним относятся льняное, касторовое, тунговое, конопляное. Касторовое масло является сильно нагреваемым и применяется в бумажных конденсаторах. Остальные масла — испаряемые. Выпаривание в них обуславливается не естественным испарением, а химической реакцией под названием полимеризация. Активно применяется в эмалях и красках.

Заключение

В статье было подробно рассмотрено, что такое диэлектрик. Были упомянуты различные виды и их свойства. Конечно, чтобы понять всю тонкость их характеристик, придётся более углубленно изучить раздел физики о них.

Диэлектрические свойства — Справочник химика 21

    Бутадиен-стирольные каучуки с минимальным содержанием примесей, поглощающих воду, по диэлектрическим свойствам равноценны натуральному каучуку. По водостойкости и газопроницаемости резины из бутадиен-стирольных каучуков практически равноценны резинам из натурального каучука. Вулканизаты из бутадиен-стирольных каучуков достаточно стойки к действию крепких и слабых кислот, щелочей, спиртов, эфиров, кетонов и пр. Набухают в бензине, бензоле, толуоле, четыреххлористом углероде, в растительных и животных маслах и жирах. В бензине и бензоле бутадиен-стирольные каучуки меньше набухают, чем натуральный каучук. [c.267]
    Этот пластик производится в больших количествах и поступает в продажу под названием ТРХ. Плотность его 0,83 г/см , ниже чем у всех известных термопластов, температура плавления 240 °С. Изготовленные из этого материала прессованные детали сохраняют стабильность формы прп температуре до 200 °С. Кроме того, пластик ТРХ прозрачен. Светопроницаемость достигает 90%, т. е. несколько меньше, чем у плексигласа (у полиметилметакрилата 92%). Недостатком является деструкция под действием света. Поэтому нестаби-лизировапный ТРХ пригоден только для применения в закрытых помещениях. Этот материал стоек ко многим химическим средам, сильные кислоты и щелочи не разрушают его, однако он растворяется в некоторых органических растворителях, например в бензоле, четыреххлористом углероде и петролейном эфире. Ударная прочность нового термопласта такая же, как у высокоударопрочного полистирола. Диэлектрические свойства тоже хорошие (диэлектрическая ироницаемость 2,12). [c.236]

    Производство полиэтилена. Полиэтилен—один из самых распространенных полимерных материалов, находящий широкое применение как в промышленности и сельском хозяйстве, так и в быту. Полиэтилен имеет уникальные физические и химические свойства температура плавления 100—125°С, устойчив к действию концентрированных щелочей и кислот, высокая-эластичность даже при низких температурах примерно минус 50—60Х, абсолютная негигроскопичность, очень высокие диэлектрические свойства и сравнительно малая газопроницаемость пленок. [c.319]

    Резины на основе фторкаучуков широко применяются в качестве диэлектриков. Ниже приведены их диэлектрические свойства  [c.519]

    С ростом температуры от 20 до 200 °С удельное объемное сопротивление снижается до 1,6-10 Ом-см, а тангенс диэлектрических потерь и коэффициент мощности возрастают до 0,74 и 12% соответственно, т. е указанные параметры меняются в нормальных для диэлектриков пределах. При этом увлажнение не оказывает существенного влияния на диэлектрические свойства резин. [c.519]

    Желательно знать удельную теплоту, коэффициенты расширения и тенлонроводности масла [731. Диэлектрические свойства свежих трансформаторных масел лишь незначительно меняются в зависимости от химического состава (у предельных углеводородных газов диэлектрические свойства возрастают с длиной углеводородной цепи [74]), однако содержание механических примесей и воды существенно влияет на диэлектрические свойства. Добавка 0,1 % воды к безводному маслу снижает первоначальное значение пробивного напряжения с 250 кв на 1 см до 22 кв на 1 см дальнейшее добавление воды мало влияет на величину пробивного напряжения [75—80]. [c.566]

    Испытания трансформаторных масел, помимо побочных показателей (температура вспышки и застывания, вязкость, диэлектрические свойства [112] и т. д.), включают в себя ускоренную пробу на окисление с целью определить вероятный срок эксплуатации масла. Для проведения этой пробы был предложен целый ряд методов [113—115]. Почти все они предусматривают нагревание масла в воздухе или кислороде при температуре около 120° обычно в присутствии меди в качестве катализатора окисления. При этом наблюдается изменение цвета, поверхностного натяжения [116, 117], кислотности, коэффициента мош,ности, образование осадка и воды [118—123]. [c.567]


    Сочетание высоких диэлектрических свойств, водо- и озоно-стойкости позволяет широко использовать бутилкаучук для изготовления изоляции кабелей высокого и низкого напряжения. [c.352]

    С другой стороны, уже сегодня наметился ряд областей применения, где оказывается целесообразным использование жидких углеводородных каучуков. Эти области определяются ценным комплексом свойств последних высокой морозостойкостью и эластичностью, хорошими диэлектрическими свойствами и влагостойкостью, совместимостью с каучуками общего назначения и стандартными наполнителями [94]. Последнее особенно важно для практического применения этих материалов. [c.454]

    Диэлектрические свойства увлажненных образцов также могут дать важную информацию о свойствах воды. Возникающие здесь трудности связаны, прежде всего, с выбором адекватной модели пористого тела или дисперсии. Во втором разделе анализируются известные виды диэлектрических изотерм и модели, используемые для их объяснения. Рассматриваются процессы ориентационной и протонной поляризации и предлагается методика расчета статической диэлектрической поляризации систем сорбент — сорбат на основе теории Онзагера — Кирквуда — Фрелиха. [c.228]

    Большое число работ убедительно демонстрирует отличие свойств жидкости, находящейся вблизи поверхности, от свойств в ее объеме [14, 36, 87, 114, 466—475]. Так, обнаружена аномалия диэлектрических свойств [469, 470], эффект ск ачкообразно-го изменения электропроводности [470], изменение вязкости в зависимости от расстояния до твердой- стенки [114, 471, 472], появление предельного напряжения сдвига жидкости при приближении к поверхности твердого тела [14, 473, 474]. Для набухающего в водных растворах 1 а-замещенного монтмориллонита обнаружена оптическая анизотропия тонких прослоек воды [36] найдено изменение теплоемкости смачивающих пленок нитробензола на силикатных поверхностях [475]. Установлено отличие ГС от объемной жидкости по растворяющей способности, температуре замерзания, теплопроводности, энтальпии. В. Дрост-Хансеном опубликованы обзоры большого числа работ, содержащие как прямые, так и косвенные свидетельства структурных изменений в граничных слоях [476—478]. В качестве косвенных доказательств автор приводит, в первую очередь, существование изломов на кривых температурной зависимости ряда свойств поверхностных слоев. Эти температуры отвечают, согласно Дрост-Хансену, разной перестройке структуры ГС. Широко известны также работы Г. Пешеля [479] по исследованию ГС жидкостей (и, прежде всего, воды) у поверхности кварца в присутствии ряда электролитов. [c.170]

    Изучение диэлектрических свойств масел различного группового углеводородного состава показало, что наиболее устойчивыми электрическими параметрами обладают масла, полностью лишенные ароматических углеводородов, асфальто-смолистых веществ и твердых парафиновых углеводородов. [c.95]

    Структура торфа весьма чувствительна к различного рода физическим и физико-химическим воздействиям, что вызывает соответствующее изменение его гидрофильных и водных свойств. Наиболее существенно эти параметры изменяются при обезвоживании, когда в процессе дегидратации торфа усиливаются меж- и внутримолекулярные взаимодействия через поливалентные катионы, содержание которых в торфе достигает 2 мг-экв/г с. в. (грамм сухого вещества), или посредством водородных связей. В определенных условиях ковалентные или ионные взаимодействия переходят в комплексные гетерополярные, вследствие чего при обезвоживании и интенсивной усадке в надмолекулярных образованиях торфа протекают необратимые процессы. Изменение водных свойств торфа при высушивании до низкого влагосодержания наглядно проявляется в явлении гистерезиса на графиках сорбции — десорбции воды, изменяются также его диэлектрические свойства при высушивании — увлажнении [215] и водопоглощение при различной степени осушения пахотного горизонта торфяной почвы [216]. [c.66]

    В работе [84] рассмотрено влияние количества поглощенных торфом катионов (О) на его диэлектрическую проницаемость. Обнаружено, что величина е увлажненного торфа (И = 20%) при первоначальных добавках А1 и Ма практически не меняется, а при поглощении ионов Са уменьшается. Такое уменьшение, по-видимому, связано с понижением подвижности сорбированных молекул из-за структурных изменений сорбента. Полученные при сравнительно невысоких частотах (600 кГц) результаты дают основание считать, что миграция ионов в электрическом поле не существенна при количестве поглощенных торфом катионов в пределах 0,2 мг/экв на 1 г сухого вещества. В дальнейшем, с увеличением О, наблюдается волнообразное изменение е, что является результатом противодействия двух факторов роста подвижности ионов и их роли как пептизаторов или коагуляторов. Важным вопросом исследования диэлектрических свойств системы сорбент — сорбированная вода является, как отмечалось выше, установление связи между экспериментально определяемыми макроскопическими характеристиками е, г» и молекулярными параметрами сорбента и сорбата. Основой для установления этой связи может служить теория Онзагера — Кирквуда — Фрелиха (ОКФ), в соответствии с которой смесь сорбент — сорбат можно представить как систему различных ячеек сорбента и сорбата. Для такой системы, основываясь на общих теоремах Фрелиха [639], получено соотноше- [c.249]


    D r) и напряженностью электрического поля Е(г). Обычно при обсуждении диэлектрических свойств вещества предполагается, [c.153]

    ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОРБИРОВАННОЙ ВОДЫ [c.242]

    Гудков О. И. Диэлектрические свойства слюд в полях сверхвысоких ча- [c.284]

    Одной из наиболее распространенных моделей, используемых при объяснении диэлектрических свойств адсорбированной на поверхности [c.243]

    Важным вопросом исследования диэлектрических свойств системы сорбент — сорбат является изучение частотно-температурных зависимостей ее диэлектрических характеристик. Подробное рассмотрение этого вопроса выходит за рамки данного раздела. Отметим лишь, что одной из актуальных задач этих исследований является расшифровка диэлектрических спектров, рассматриваемых в плоскости е и г». Получаемые при этом диаграммы описываются различными эмпирическими соотношениями, подробно рассмотренными в работах [672, 675]. [c.253]

    Необходимо отметить, что при интерпретации диэлектрических данных и проведении различных расчетов нужна дополнительная информация о системе сорбент — сорбированная вода, получаемая с помощью других физико-химических методов (ЯМР, ИК-спектроскопия и т. д.). Это может существенно повысить эффективность исследования диэлектрических свойств увлажненных материалов. В то же время высокая чувствительность диэлектрического метода дает возможность более детально исследовать сорбцию воды на различных материалах. Дальнейшее развитие диэлектрического метода зависит от установления более тесной и определенной его связи с другими физико-химическими методами, а также решения таких актуальных вопросов теории диэлектриков, как расшифровка диэлектрических спектров, расчет различных видов поляризации и диэлектрических характеристик системы сорбент — сорбированная вода. [c.254]

    Применение хлорированных парафинов в качестве пластификатороа для поливиниловых пластмасс стало возможным лищь после того, как удалось найти высокоэффективный стабилизатор, а применение хлорированных парафинов в качестве пластификатора для полихлорвинила известно уже давно. Вследствие своей дещевизны, превосходных диэлектрических свойств и огнестойкости хлорированные парафины давно применяли как добавки к виниловым смолам. Практическое применение их стало возможным, когда были открыты превосходные стабилизирующие свойства двуосновного фосфата свинца (дифос), в результате чего продукты, содержащие хлорированный парафин в качестве пластификатора, в настоящее время находят применение в качестве электроизоляционных материалов [267]. [c.255]

    Важной областью применения бутилкаучука является производство электропроводов и кабелей. Бутилкаучук в этом производстве используют благодаря его исключительной сопротивляемости действию озона и теплостойкости. Теплостойкость позволяет выдерживать значительное повышение температуры проводников при перенапряжениях. А также из-за очень низкого коэффициента водопоглощения и, главным образом, благодаря его исключительным диэлектрическим свойствам, которые практически не меняются даже в процессе старения. [c.252]

    Полиэтилен, получающийся при низких давлениях, имеет большой молекулярный вес, более высокую температуру плавления, большую плотность и более высокую прочность на разрыв, однако уступает полиэтилену высокого давления по диэлектрическим свойствам и гибкости, вследствие присутствия в полимере остатков катализатора, что делает невозможным его использование в технике высоких частот. [c.320]

    Этот полимер, называемый в Англии полиэтиленом, а в Германии лупо-леном Н, обладает исключительно высокими диэлектрическими свойствами и находит широчайшее применение. [c.223]

    Диизобутилев холодной сернокислотной полимеризации. Олефины Се, получаемые при сернокислотной полимеризации изобутилена, могут применяться для получения нонилового спирта. Фталевые эфиры этого спирта хотя и придают пластика-там из полихлорвинила низкую морозостойкость, но обеспечивают им высокие диэлектрические свойства. В качестве сырья для получения нонилового спирта используется фракция диизобутилена, выкипающая в пределах 95—115° С и получаемая при обработке 65%-ной серной кислотой сырой бутан-бутиленовой фракции нефтезаводских газов. При соответствующих температурах серная кислота абсорбирует практически исключительно изобутилен, не затрагивая к-бутиленов. Извлечение изобутилена может осу-ществляться двумя способами с использованием системы смесительный насос-отстойник или в реакторе с мешалкой, оборудованной электромагнитным приводом. [c.107]

    Фторсодержаш,ие эфирные масла fluorосагbons — FK). Эти масла по стандарту D1N 51 502 обозначаются FK. Основные их преимущества — химическая инертность, негорючесть, высокая стойкость к окислению и к повышенной температуре, очень хорошие диэлектрические свойства. Недостатки — относительно низкий индекс вязкости, высокая температура застывания. Фторсодержащие масла применяются в холодильной технике и в установках, где масло находится в контакте с кислородом или другими агрессивными веществами. Эти масла очень дорогие, в сотни раз дороже минерального масла. [c.18]

    Для контроля уровня фосфора в конденсаторах смешения на отдельных заводах применяют приборы собственного изготовления. Принцип работы таких приборов основан на диэлектрических свойствах фосфора и электропроводносги кислой воды над ним. В качестве датчика прибора служат два электрода если между ними находится кислая вода, то цепь замыкается, и на щит поступает сигнал об отсутствии фосфора на данном уровне. Когда между электродами находится фосфор, то цепь размыкается. Однако-прибор работает ненадежно, так как электроды загрязняются шламом. Испытывается несколько типов других уровнемеров. При по- [c.76]

    Литьевые резины, полученные на основе олигодиендиизоциа-натов, характеризуются, в отличие от уже нашедших широкое промышленное применение полиэфируретанов, высокими диэлектрическими свойствами, морозостойкостью, гидролитической устойчивостью, а также способностью к усилению активными наполнителями и к вулканизации серой или перекисями, совместимостью с маслами и с каучуками общего назначения. [c.14]

    Для герметизации изделий электронной, радио- и электротехнической промышленности трансформаторных катушек индуктивности, электронно-лучевых приборов и т. д., уже применяют 11 марок компаундов, разработанных в СССР на основе жидких каучуков с концевыми гидроксильными, изоцианатными, эпокси- и акрилатуретановыми группами. Отвержденные компаунды имеют отличные диэлектрические свойства, не изменяющиеся в широком диапазоне температур, выдерживают резкие перепады температур, устойчивы к условиям тропического климата, не вызывают коррозии металлов [94]. На основе полимера с эпоксиуретановыми группами создана стойкая антикоррозионная краска. Получены [c.455]

    Диэлектрические свойства силоксановых вулканизатов очень высоки и мало изменяются при повышении частоты до 10 Гц и даже до 10 ° Гц, а также при повышении температуры и в условиях теплового старения (при 250 С —за 10 000 ч). Они сохраняются также длительно в воде. Так, за три недели пребывания резины в воде при 20 5°С удельное объемное сопротивление снижается лишь до 10 10 Ом-см. Изоляция из силок-сановой резины при однократном пробое или действии открытого огня образует, в отличие от органической резины, непроводящую золу (SIO2), способную некоторое время предотвращать падение напряжения в сети. Введением проводящих наполнителей (газовой сажи или металлических порошков) можно получить силоксановые резины с низким электрическим сопротивлением (до 3—5 Ом-см) [72, с. 137—139]. [c.494]

    Бутадиен-нитрильные латексы обеспечивают маслобензостойкость изделий, а также несколько более высокую прочность сырого геля и пленок по сравнению с бутадиен-стирольными латек-самн. Содержание связанного акрилонитрила в сополимере колеблется от 18 до 40% (масс.). Дальнейшее увеличение содержания акрилонитрила резко понижает морозостойкость полимера. Кроме того, ухудшаются водостойкость и диэлектрические свойства изделий. Эти недостатки, а также дефицитность и сравнительно высокая стоимость акрилонитрила ограничивают производство этих латексов в настоящее время и, по-видимому, в ближайшем будущем. В СССР выпускаются латексы типа СКН-40ИХ и некоторые другие. Разработаны рецепты получения ряда латексов этого типа. [c.606]

    Политетрафторэтилен выпускается в виде пластмассы, назы ваемой тефлоном, или фторопластом. Весьма стоек по отношеник к щелочам и концентрированным кислотам и другим реагентам По химической стойкости превосходит золото и платину. Негорюч, обладает высокими диэлектрическими свойствами. Применяется В [имическом машиностроении, електротехнике. [c.502]

    Для исследования структуры и диэлектрических свойств сорбированной воды применяются различные физические и физико-химические методы, в частности диэлектрический метод. Сущность его заключается в измерении макроскопических характеристик поляризации диэлектрика во внешнем электрическом поле. В постоянном электрическом поле поляризация диэлектрика характеризуется статической диэлектрической проницаемостью Ез, в переменном — комплексной диэле1 трической проницаемостью е = е —ге». Установление связи между экспериментально определяемыми характеристиками е , е, г» и молекулярными параметрами диэлектрика является основной задачей теории диэлектрической поляризации [639, 640]. [c.242]

    Выдерживается ли абсолютное содержание влаги в воздухе помещений, если технологические процессы сопровождаются накопленвем опасных потевциалов статического электричества (процессы измельчения, разделения и. осремешивания веществ с диэлектрическими свойствами) ( 833 Правил пожарной безопасности). [c.312]

    Электроизоляционные >масла выполняют роль диэлектрика и теплоотводящей среды. К чжлу их относятся трансформаторные, конденсаторные и кабельные масла. Помимо высоких диэлектрических свойств электроизоляцишшые масла дофясны обладать высокой химической стабильностью (Ъри конт те с медью, свинцом и другими металлами, являющимися катализаторами окисления), низкой температурой застывания, хорошими противокоррозионными свойствами при минимальном значении тангенса угла диэлектрических потерь. Эти масла не должны содержать смолистых и асфальтообразных веществ, а кабельные, помимо того, и ароматических [c.140]

    Состояние связанной воды (энергия связи, подвижность) определяет специфику процессов структурообразования и массообмена в дисперсных материалах. Исследование диэлектрических свойств торфа низкой влажности свидетельствует, что связь молекул воды с сорбентом не является жесткой [215]. К тому же выводу можно прийти, анализируя данные калориметрического определения теплот смачивания торфа водой. При поступлении первых порций воды в материал выделяемая теплота составляет около 67 кДж/моль. Время жизни молекулы воды на активном центре, в соответствии с формулой т = = тоехр (—Е1ЯТ) (где Е — энергия связи молекул сорбата с сорбентом), в этом случае примерно равно 10 с, а при наличии лишь одной водородной связи тжЗ-10 2 с, т. е. молекулы сорбированной воды могут с частотой 10 —10 с отрываться [c.67]

    Слоистая модель сорбции имеет ограниченное применение. Она, по-видимому, приемлема для некоторых ненабухающих минералов. Для многих сорбентов сорбцию следует рассматривать как процесс растворения одного вещества в другом [84, 649]. Использование в этом случае сорбционных данных, рассчитанных, как правило, по методу БЭТ, представляет интерес с целью учета различных сорбционных свойств материалов при сравнении и анализе полученных для них диэлектрических изотерм. Наблюдаемое для таких материалов [648, 650—656] совпадение величины моносорбции, определенной по БЭТ, с величиной критической гидратации ао (см. рис. 15.1), по-видимому, не следует интерпретировать с помощью слоистой модели. Это совпадение свидетельствует лишь о том, что с изменением характера сорбции изменяются и диэлектрические свойства системы сорбент — сорбат. Предполагается, однако, что при аактивных центрах сорбента, а при а>йо — на ранее сорбированных молекулах воды [651, 652, 655]. [c.244]

    Лыч А. М. Исследование диэлектрических свойств торфяных систем Автореф. дис.. .. канд. техн. наук Минск, 1970. 20 с. [c.272]

    Тиофен и его производные используются в органической химии для проведения различных синтезов в мягких условиях. Производные тиофена применяются дтш синтеза лекарственных препаратов, присадок к топливам и маслагл, стимуляторов роста растений, а также полимерных материалов, обладающих повышенными диэлектрическими свойствами и-способных к флуоресценции отбеливателе .. Такие материалы применяются как отбеливающие средства. [c.18]

    Оказалось, что все жидкости обладают модулем сдвиговой упругости и модуль сдвига таких полярных жидкостей, как вода и спирты, при приближении к поверхности пьезо-кварца на расстояние, меньшее 0,1 мкм, повышается во много раз. По мнению авторов, это также является следствием структурных изменений в пристенных слоях полярных жидкостей. Повышение значения сдвиговой прочности граничных слоев обнаружено также при исследовании электроосмоса в капиллярах при высоких градиентах потенциала [228]. Установлено, что вблизи гидрофильных поверхностей в воде на расстоянии нескольких мономолеку-лярных слоев имеется атюмалия диэлектрических свойств. Например, значительное понижение диэлектрической проницаемости у воды (прн толщине слоя 0,07 мкм — до 4,5), что свидетельствует о снижении свободы вращения молекул воды в тонких прослойках. Теплопроводность жидкости с уменьшением толщины граничной пленки при этом резко возрастает, в то время как ее электрическая проводимость снижается. [c.201]

    К рассматриваемому классу относятся также зонды, состоящие из двух небольших металлических пластин, образующих конденсатор и соединенных с наружным регистрирующим устройством Так как твердые частицы и ожижающий агент имеют различные диэлектрические свойства, то емкость конденсатора зависит от концентрации твердых частиц между пластинами. В отличие от описанного выше светового датчика, являющегося, по существу, двухпоаициопным устройством, мощность сигнала от емкостного датчика связана (хотя и несколько неопределенно) с массой твердых частиц между пластинами, что позволяет непрерывно измерять их концентрацию. [c.124]


Нефтяные битумы (1973) — [ c.79 ]

Общая химическая технология органических веществ (1966) — [ c.0 ]

Введение в физику полимеров (1978) — [ c.0 ]

Водородная связь (1964) — [ c.19 , c.35 , c.154 , c.215 , c.216 , c.252 ]

Энциклопедия полимеров том 1 (1972) — [ c.0 ]

Нестехиометрические соединения (1971) — [ c.564 ]

Энциклопедия полимеров Том 1 (1974) — [ c.0 ]

Энциклопедия полимеров Том 3 (1977) — [ c.0 ]

Конструкционные свойства пластмасс (1967) — [ c.122 ]

Технология пластических масс в изделия (1966) — [ c.0 ]

Вода в полимерах (1984) — [ c.0 ]

Полиамиды (1958) — [ c.166 ]

Графит и его кристаллические соединения (1965) — [ c.0 ]

Термостойкие ароматические полиамиды (1975) — [ c.195 , c.196 , c.206 , c.210 ]

Фторполимеры (1975) — [ c.384 ]

Пластификация поливинилхлорида (1975) — [ c.98 , c.175 ]

Акустические методы исследования полимеров (1973) — [ c.0 ]

Переработка полимеров (1965) — [ c.200 ]

Введение в химию высокомолекулярных соединений (1960) — [ c.200 , c.229 ]

Краткий справочник химика Издание 6 (1963) — [ c.300 ]

Конструкционные стеклопластики (1979) — [ c.22 , c.178 , c.232 , c.349 ]

Физико-химия полиарилатов (1963) — [ c.177 ]

Пенополимеры на основе реакционноспособных олигомеров (1978) — [ c.0 ]

Конструкционные свойства пластмасс (1967) — [ c.122 ]

Силиконы (1964) — [ c.0 ]

Физикохимия неорганических полимерных и композиционных материалов (1990) — [ c.96 ]

Производство волокна капрон Издание 3 (1976) — [ c.278 , c.279 ]

Краткий справочник химика Издание 7 (1964) — [ c.300 ]

Химия и технология полимеров Том 1 (1965) — [ c.649 , c.653 ]

Жидкокристаллические полимеры с боковыми мезогенными группами (1992) — [ c.258 , c.294 ]

Основы переработки пластмасс (1985) — [ c.85 , c.86 ]


Передачу сигналов в микрочипах вдвое ускорят материалы из продуктов нефтепереработки

«На сегодняшний день имеются лишь отрывочные сведения о диэлектрических свойствах полинорборненов. Наше исследование — это, по сути, первая попытка оценить влияние химической структуры полинорборненов на их диэлектрические свойства, — говорит Глеб Карпов, младший научный сотрудник лаборатории кремнийорганических и углеводородных циклических соединений Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева РАН. — Пока что нельзя сказать, что у нас есть полимер с лучшим набором характеристик для микроэлектроники — у изученных материалов есть свои недостатки. Однако теперь можно прогнозировать, какие полинорборнены подойдут под требования отрасли».

Кроме разных видов топлива, в результате переработки нефти получают пластики, полиэтилен, красящие вещества, ткани и другие востребованные продукты. В перспективе нефтепереработка может дать и новые материалы с уникальными, пока не достигнутыми свойствами. Например, из полимеров на основе распространенного углеводорода норборнена можно получить и мембраны для разделения смесей газов, и прочные наполнители для композитов, и прозрачные пленки для оптики. Норборнен привлекает химиков, так как производится из доступного сырья, а полимеры из него устойчивы к воздействию высоких температур и могут использоваться как диэлектрики.

Применение материалов с такими свойствами, как у полинорборненов, позволит увеличить скорость работы и производительность микрочипов во всей микроэлектронике — от смартфонов и компьютеров до систем управления атомными электростанциями. Но чтобы целенаправленно придавать материалу нужные характеристики, нужно понимать, как они связаны со структурой и составом полимера. На полинорборненах изучать такие закономерности удобно: особенности молекул мономера позволяют не только формировать полимерные цепи, но и присоединять разнообразные группы атомов. Химический состав этих групп-заместителей меняет структуру полимерной цепи и возможности применения материала.

Химики из Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева РАН (Москва) исследовали, какие составы и структуры полинорборненов делают их оптимальными диэлектриками. Для эксперимента ученые синтезировали по собственным методикам восемь разных полимеров. Половина из них состоит в основном из атомов углерода, водорода и кремния (последний включается в полимерную цепь в составе боковых заместителей), а другая группа полимеров содержит фтор. Для измерения диэлектрических свойств из полинорборненов сделали тонкие пленки: материалы растворили в толуоле, а затем высушили смесь. Главный исследованный показатель — относительная диэлектрическая проницаемость. Она характеризует силу взаимодействия между двумя электрическими зарядами в анализируемом веществе относительно вакуума. При воздействии электрического поля в полимере возникает поляризация — смещение положительных и отрицательных зарядов в противоположных направлениях, которое может приводить к появлению электропроводности. Чем меньше проявляется поляризация, тем ниже диэлектрическая проницаемость и лучше изоляционные свойства материала, а также выше скорость передачи сигнала в устройстве.

Ученые помещали диски из полимерных пленок в электрическое поле при температурах от -100 до +100 °C. Оказалось, что у синтезированных российскими химиками полинорборненов самая низкая диэлектрическая проницаемость среди всех исследованных полимеров группы. Самое малое из найденных значений — 1,94. Для сравнения, у диоксида кремния, который применяется в микроэлектронике, значение этой величины находится в районе 4,0. Это значит, что использование полинорборнена вместо диоксида кремния позволит увеличить скорость передачи сигнала более чем в два раза.

Чтобы определить, с чем связана такая низкая диэлектрическая проницаемость, ученые исследовали другие характеристики полимеров. К примеру, известно, что чем больше объем пустого пространства внутри пористых материалов, тем интереснее диэлектрические свойства. Объем пор оценили по поглощению материалами азота. Оказалось, для материалов без добавления фтора диэлектрическая проницаемость действительно связана с объемом пористого пространства: самое высокое ее значение обнаружено у материала с 15% пустого пространства в образце, а самое низкое — с 30%.

Для материалов с фтором ученые нашли другую зависимость: диэлектрическая проницаемость уменьшается при увеличении количества фтора в образце. Кроме того, исследователи сравнили механические свойства полимеров, их устойчивость к нагреванию и способность поглощать воду. Все образцы оказались гидрофобными и показали устойчивость к высоким температурам, что делает их перспективными материалами для микроэлектроники.

В работе также участвовали исследователи из Первого МГМУ имени И. М. Сеченова, Института физики Казанского федерального университета и Института химической физики имени Н. Н. Семенова РАН.

5. Физические свойства диэлектриков

Диэлектриками называют материалы, основным электрическим свойствами которых является способность к поляризации и в которых возможно существование электрического поля. Поляризация это – процесс смещения и упорядочения связанных зарядов под действием внешнего электрического поля. К диэлектрикам относятся материалы, у которых ширина запрещенной зоны превышает 3 эВ.

К пассивным диэлектрическим материалам относятся материалы, в которых диэлектрическая проницаемость не зависит от напряженности внешнего электрического поля. Эти диэлектрики применяются в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков в конденсаторах.

Активные диэлектрики – это диэлектрики, в которых наблюдается заметная нелинейная зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности внешнего электрического поля. Поэтому активными называют диэлектрики, свойствами которых можно управлять с помощью внешних энергетических воздействий. Активные диэлектрики позволяют осуществлять генерацию, усиление, модуляцию электрических и оптических сигналов, преобразование информации.

К числу активных диэлектриков относятся сегнето-, пьезо- и пироэлектрики; электреты и материалы квантовой электроники, жидкие кристаллы и др.

Основными параметрами и характеристиками диэлектрических материалов являются диэлектрическая проницаемость ε, удельное сопротивление ρ, тангенс угла диэлектрических потерь tgδ, электрическая прочность Eпр.

5.1. Диэлектрическая проницаемость и виды поляризации диэлектриков

Для характеристики способности различных материалов поляризоваться в электрическом поле служит относительная диэлектрическая проницаемость ε. Эта величина представляет собой отношение заряда Q, полученного при некотором напряжении на конденсаторе, содержащим данный диэлектрик, к заряду Q0, который можно было бы получить, если бы между электродами находился вакуум

, (5.1)

где Qg – заряд, который обусловлен поляризацией диэлектрика.

Из выражения следует, что ε любого вещества больше единицы и равно единице только в вакууме.

Относительную диэлектрическую проницаемость можно определить как отношение емкости конденсатора с диэлектриком Сq к емкости конденсатора в вакууме С0 ε = Сq/ С0.

При этом емкость конденсатора С определяется из выражения

С = ε0. ε . S/h , (5.2)

где S – площадь электродов конденсатора; h – расстояние между электродами; εо – электрическая постоянная, равная 8,854 . 10-12ф/м.

Величина емкости конденсатора с диэлектриком и накопленный в нем электрический заряд, а значит, и диэлектрическая проницаемость обусловливаются различными видами поляризации, которые в зависимости от структуры диэлектрика разделяются на два вида:

— поляризации, совершающиеся в диэлектрике под действием электрического поля мгновенно, без рассеивания энергии, т.е. без выделения тепла – это электронная и ионная поляризации;

— поляризации, совершающиеся под действием электрического поля не мгновенно, а нарастают и убывают замедленно и сопровождаются рассеиванием энергии – это дипольно-ре-лаксационная, ионно-релаксационная, электронно-релак-сационная, миграционная (структурная) и спонтанная поляризации.

Электронная поляризация представляет собой упругое смещение электронных оболочек атомов и ионов. Электронная поляризация наблюдается у всех видов диэлектриков на всех частотах, вплоть до 1014-1016 Гц. Этот вид поляризации характерен для неполярных органических диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость материалов с чисто электронной поляризацией численно равна квадрату показателя преломления света ε = n2.

Ионная поляризация обусловлена смещением упруго связанных ионов на расстояние, меньше периода решетки. Этот вид, поляризации характерен для твердых тел с ионной структурой.

Дипольно-релаксационная поляризация обусловлена тем, что дипольные молекулы, находящиеся в хаотическом тепловом движении, ориентируются под действием внешнего электрического поля. Поворот диполей в направлении поля требует некоторого сопротивления, поэтому этот вид поляризации связан с потерями энергии и нагревом материала. Процесс установления дипольной поляризации после включения электрического напряжения и процесс ее исчезновения после снятия напряжения требует определенного времени.

После снятия электрического поля ориентация частиц постепенно ослабевает. Поляризованность диэлектрика ρдр от времени t выражается по формуле

Pдр(t) = Pдр(0)exp(-t/τ), (5.3)

где t – время, прошедшее после выключения электрического поля; τ – постоянная времени (время релаксации).

Время релаксации – это промежуток времени, в течение которого упорядоченность ориентированных диполей уменьшается в 2,7 раз от первоначального состояния после снятия электрического поля. Дипольно-релаксационная поляризация характерна для полярных жидкостей и твердых полярных органических диэлектриков. Но в последних поляризация обусловлена поворотом не самой молекулы, а полярных радикалов по отношению к молекуле или смещением отдельных фрагментов макромолекулы.

Ионно-релаксационная поляризация обусловлена смещением слабо связанных ионов под действием электрического поля на расстояние, превышающее постоянную решетки. После выключения электрического напряжения ионы постепенно возвращаются в исходное состояние к центрам равновесия в течение определенного времени. Поэтому этот вид поляризации можно отнести к релаксационной. На преодоление взаимодействия ионов при их ориентации расходуется энергия электрического поля, которая рассеивается в виде тепла. Ионно-релаксационная поляризация проявляется в диэлектриках с ионной структурой с неплотной упаковкой ионов, например в неорганических стеклах, и в некоторых кристаллических материалах.

Электронно-релаксационная поляризация возникает за счет возбуждения тепловой энергией избыточных дефектных электронов и дырок. При этом наблюдается относительно высокое значение диэлектрической проницаемости на частотах 1014— 1015 Гц.

Резонансная поляризация наблюдается в диэлектриках в области световых частот. Этот вид поляризации зависит от структурных особенностей материалов и относится к собственной частоте электронов или ионов. При резонансе сильно увеличивается поглощение энергии.

Миграционная поляризация – неупругое перемещение слабо связанных примесных ионов на расстояние, превышающее параметр решетки, часто до границ зерен. Причинами возникновения такой поляризации являются проводящие или полупроводящие механические включения и примеси в технических диэлектриках, наличие слоев с различной проводимостью. Этот вид поляризации проявляется на очень низких частотах (1-104 Гц).

Спонтанная поляризация – это поляризация, которая проявляется самопроизвольно без каких-либо внешних воздействий. Она проявляется у группы твердых диэлектриков, получивших название сегнетоэлектриков.

Диэлектрическая проницаемость  при всех видах поляризации изменяется с частотой внешнего электрического поля. При увеличении частоты диэлектрическая проницаемость снижается, поскольку проявляется инерционность процесса ориентации. Изменение  с изменением частоты называют диэлектрической дисперсией. Поэтому при характеристике диэлектриков всегда указывают, на какой частоте измерена диэлектрическая проницаемость . На рис. 5.1 представлена частотная зависимость диэлектрической проницаемости  при различных видах поляризации.

Из рисунка видно, что каждый вид поляризации и диэлектрическая проницаемость, характерная для этого вида поляризации, существуют в определенной области частот.

Резонансные явления

Рис. 5.1. Частотная зависимость диэлектрической проницаемости  при различных видах поляризации: м – миграционной; р — дипольно- и ионно-релаксационных; и, э – резонансных видов поляризаций

Диэлектрическая проницаемость при любом виде поляризации зависит от температуры и характеризуется температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости , выраженной в К-1

. (5.4)

На рис. 5.2 приведены графики изменения  при электронной, ионно-релаксационной и дипольно-релаксационной поляризациях

Рис. 5.2. Кривые температурной зависимости диэлектрической проницаемости при электронной (э), дипольно-релаксационной (εдр) и ионно-релаксационной (εир) поляризациях

Из рисунка видно, что при электронной поляризации  почти не изменяется при нахождении вещества в одном агрегатном состоянии, но резко снижается при переходе из одного агрегатного состояния в другое. При замедленных видах поляризации диэлектрическая проницаемость возрастает с ростом температуры в твердом состоянии материала, что обусловлено увеличением подвижности поляризуемых частиц. В жидком состоянии диэлектрическая проницаемость уменьшается, так как превалирующее значение приобретает движение молекул, а не ориентирующее действие поля.

В зависимости от влияния электрического напряжения на относительную диэлектрическую проницаемость все диэлектрические материалы подразделяют на линейные и нелинейные. На рис. 5.3 приведена зависимость заряда конденсатора Q от напряжения Uи и диэлектрической проницаемости  от Е (Е=U/n) для линейных диэлектриков с малыми потерями и для нелинейных диэлектриков. Емкость конденсатора с линейным диэлектриком зависит только от его геометрических размеров, а в нелинейных она становится управляемой электрическим полем. Поэтому в классификации диэлектриков линейные диэлектрики относят к пассивным диэлектрикам, а нелинейные к активным (управляемым).

Рис. 5.3. Зависимость заряда конденсатора от напряжения и диэлектрической проницаемости от напряженности поля (Е=U/n) для линейных диэлектриков (а) и нелинейных диэлектриков (сегнетоэлектриков)

Линейные диэлектрики в зависимости от механизма поляризации можно подразделить на:

  • неполярные диэлектрики – газы, жидкости и твердые вещества в кристаллическом и аморфном состоянии, обладающие в основном электронной поляризацией; к ним относятся водород, бензол, парафин, полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен и др.;

  • полярные (дипольные) диэлектрики – органические жидкие, полужидкие и твердые вещества, имеющие одновременно дипольно-релаксационную и электронную поляризацию; к ним относятся канифольные компаунды, феноло-формальдегидные и эпоксидные смолы, поливинилхлорид, целлюлоза, капрон и др.;

  • ионные соединения – это твердые неорганические диэлектрики с ионной, электронной, ионно-релаксационной поляризациями (стекла, керамика).

Ввиду существенного различия электрических характеристик ионных соединений их целесообразно разделить на две подгруппы материалов:

— диэлектрики с ионной и электронной поляризацией. К ним относятся кристаллические вещества с плотной упаковкой ионов – кварц, слюда, корунд (Al2O3), рутил (TiO2) и др.;

— диэлектрики с ионной, электронной и релаксационными поляризациями; к ним относятся неорганические стекла, ситаллы, многие виды керамик.

Диэлектрические свойства триглицинсульфата в пористых матрицах Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 537.226.4

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТРИГЛИЦИНСУЛЬФАТА В ПОРИСТЫХ МАТРИЦАХ

© 2010 Т.А. Трюхан, Е.В. Стукова, С.В. Барышников Амурский государственный университет, г. Благовещенск Поступила в редакцию 10.11.2009

Исследованы диэлектрические свойства триглицинсульфата в различных пористых матрицах с размерами пор от 4 мкм до 50 Д . Обнаружено, что степень размытия сегнетоэлектрического фазового перехода зависит от типа пористой матрицы. Предложено объяснение на основе феноменологической теории сегнетоэлектричества.

Ключевые слова: сегнетоэлектрики, диэлектрическая проницаемость, размерные эффекты.

ВВЕДЕНИЕ

Многочисленные исследования, проведенные для малых частиц, выявили зависимость их физических свойств от размеров. Одним из способов получения малых частиц является внедрение исследуемого вещества в пористые матрицы, характерный размер пор которых лежит в микрометровом или нанометровом диапазоне. Физические свойства малых частиц в таких матрицах связанны с размерами и геометрией сетки пор. Кроме того, существенную роль играют степень заполнения пористой матрицы, взаимодействие частиц со стенками матрицы и связь частиц между собой. В совокупности эти факторы приводят к тому, что характеристики частиц в ограниченной геометрии могут значительно отличаться от характеристик, как соответствующих объемных материалов, так и изолированных малых частиц.

Сегнетоэлектрические свойства частиц, введенных в нанопористые матрицы, изучены сравнительно слабо. Наибольшее количество публикаций посвящено исследованиям малых частиц нитрита натрия в порах синтетических опалов, пористых стекол и молекулярных решеток MCM-41 (см. [1-3] и ссылки в них). Имеются несколько работ посвященных сегнетовой соли и триглицинсульфата (ТГС). В частности, в [3] было обнаружено, что для пористых пленок Al2O3 с включениями ТГС в зависимости емкости от температуры наблюдаются два максимума. Первый из них примерно соответствует температурной области перестройки доменной струк-

Трюхан Татьяна Анатольевна, аспирант кафедры теоретической и экспериментальной физики. E-mail: [email protected]

Стукова Елена Владимировна, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической и экспериментальной физики. E-mail: [email protected] Барышников Сергей Васильевич, доктор физико-математических наук, профессор кафедры теоретической и экспериментальной физики. E-mail: [email protected]

туры (39-41оС), второй, основной максимум, смещен относительно точки Кюри объемного монокристалла ТГС на 5-6 оС в сторону высоких температур. Сведения по исследованию ТГС в пористых матрицах другого типа, насколько нам известно, в литературе отсутствуют, поэтому целью нашей работы было исследование свойств ТГС в зависимости от типа матрицы.

ОБРАЗЦЫ И ЭКСПЕРИМЕНТ

Триглицинсульфат представляет собой классический сегнетоэлектрик с фазовым переходом второго рода и уже в течение долгого времени является объектом активных теоретических и экспериментальных исследований. Выше температуры Кюри (Т = 49 оС) кристалл ТГС имеет моноклинную симметрию и принадлежит к цен-тросимметричному классу 2/т. Ниже Тс зеркальная плоскость исчезает и кристалл принадлежит к полярной точечной группе 2 моноклинной системы. Полярная ось лежит вдоль моноклинной (2-го порядка) оси Ь. Параметры решетки при комнатной температуре равны: а=9,15 А , Ь=12,69 А , с=5,73 А . На элементарную ячейку приходится более 100 атомов. Структура ТГС сложна и представляет собой сетку молекул глицина СН2ЫН2С00Н и тетраэдров 804, связанных между собой водородными связями типа -О-Н…О и Ы-Н.

В качестве пористых матриц в наших исследованиях использовались: фильтровальная бумага с размером пор порядка 4 мкм, окисные пленки А1203, полученные путем анодирования химически чистого алюминия в щавелевой кислоте, со средним размером пор 100 нм и силикатные матрицы 8БА-15 с размером пор 51 А .а паста. Для измерения температуры применялся электронный термометр СЕКТЕИ-304 с хромель-алю-мелевой термопарой. Точность измерения температуры составляла 0,1 оС. Исследования проводились в температурном интервале от 20 оС до 100 оС. Для исключения влияния адсорбированной воды измерения проводились в вакууме.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Проведенные исследования показали, что максимум диэлектрической проницаемости для всех образцов не отличается более чем на 1-2 оС от температуры фазового перехода для объемного поликристаллического образца (рис. 1). Во всех матричных образцах наблюдается размытие максимума е’ (Т), которое определяется не размерами пор, а степенью упорядочения матрицы. Наибольшее размытие е’ (Т) имеют образцы из фильтровальной бумаги, где наибольший разброс по размерам и направлениям пор. Меньшую ширину фазового перехода имеют образцы из окисной пленки А1203, и еще меньшая ширина е’ (Т) для силикатных матриц 8БА-15, где размеры пор калиброваны с точностью до 0,1 £ .

Для образцов ТГС в силикатных матрицах 8БА-15 кроме уширения фазового перехода наблюдается активационный рост е’ (Т) с ростом температуры (рис. 2), что можно объяснить ион-но-миграционной поляризацией за счет увеличения числа ионов принадлежащих поверхности.

Для понимания незначительного изменения температуры фазового перехода при уменьшении размера пор обратимся к теории ГАК (Гинзбурга-Андерсона-Кохрэна), где природа сегнетоэлектри-чества связывается с существованием в кристалле низкочастотного температурно-зависимого поперечного оптического колебания «мягкой моды».

При сокращении размеров кристалла в одном, двух или трех измерениях (пленка, нить, сфера) из-за отсутствия трансляционной симметрии при анализе динамики решеточных колебаний нельзя уже использовать циклические условия Борна-Кармана. Последние должны быть заменены граничными условиями на поверхности. В результате, прежде всего не реализуются длинные волны с А/2 > ё(q <ж/ё) , где д -меньший размер кристалла, а q = 2ж/А — волновой вектор [4]. В обычных кристаллах оптические ветви ЬО и ТО почти не имеют дисперсии и на них такое отсечение почти не влияет. В сег-нетоэлектриках, благодаря большой роли даль-

нодействующих кулоновских сил, частота ветви ТО для длинных волн резко падает и размер д может существенно влиять на спектр решеточных колебаний. Последнее приводит к тому, что при определенных размерах частиц длинноволновые колебания не возникают и сегнетоэлект-рические свойства уже не будут реализоваться.

Строго говоря, приведенные выше выводы получены: во-первых, для изолированных сег-нетоэлектрических частиц; во-вторых, для веществ, где «мягкая мода» имеет малое затухание. Для сегнетоэлектриков типа порядок-беспорядок, сегнетоэлектрическое колебание имеет релаксационный характер с большим коэффициентом затухания, и говорить о длине волны и граничных условиях не совсем корректно.

Из вышеизложенного можно предположить, что в сегнетоэлектриках типа ТГС механизм, связанный с ограничением длинны волны «мягкой моды», не будет иметь место, хотя остаются механизмы, связанные с изменением соотношения количества атомов в объеме и на поверхности, механическим зажатием нанокристаллов в порах и т.д.

Размытие фазового перехода является общим свойством всех сегнетоэлектрических кристаллов при увеличении концентрации дефектов. Это раз-мытие означает, что в сильно дефектных кристаллах сингулярность в по-ведении материальных констант исчезает. По-видимому, это связано с тем, что в таких кристаллах фазовый переход при температуре Т, происходит не по всему объему образца, а появляется некото-рое распределение локальных температур перехода, значения которых зависят от распределе-

Рис. 1. Температурная зависимость относительного изменения диэлектрической проницаемости для ТГС в различных матрицах:

1 — фильтровальная бумага ( и 4 мкм),

2 — пористая пленка А1203 ( и 100 нм),

3 — силикатная матрица 8БА-15 ( и 5,1 нм), 4 — прессованный объемный ТГС

ния дефек-тов по различным локальным областям кристалла [5].

Размытие фазового перехода можно объяснить и в рамках феноменологической теории Ландау — Гинзбурга [6]. Вклад в плотность свободной энергии сегнетоэлектрика, обусловленный поляризацией Р, может быть представлен в виде:

s'(T) к 1 +

1

=а (T — To ), (1)

F =1 aP2 +1 вРА +1 гР6 — EP, а

2 4 6

где а0,в,у — температурно-независимые коэффициенты Ландау, То — температура Кюри. Отметим, что при в > 0,у> 0 (1) описывает фазовый переход второго рода, а при в < 0,у> 0 -переход первого рода.

Разложение Ландау для плотности свободной энергии неоднородной системы содержит не только различные степени параметра порядка, но также и производные от параметра порядка по координатам.(r, T) ) .

Из вышеизложенного следует, что для неоднородных систем в знаменателе закона Кюри-Вейс-са появляется дополнительное слагаемое, приводящее к размытию кривой s(T ). Степень размытия будет определяться неоднородностью композита матрица-сегнетоэлектрик, которую проблематично выразить в общем виде, т.к. она зависит от распределения поляризации по образцу.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Baryshnikov S.V, Cheng Tien, Charnaya E.V., Lee M. K., Michel D., Böhlmann W., Stukova E.V. Dielectric Properties of Mesoporous Sieves Filled with NaNO2 // Ferroelectrics. 2008. Vol. 363. Issue 1. P. 177 — 186. URL: http://www.informaworld.com/smpp/title~ content=g794016835~db=all?stem=2#messages (дата обращения 12.09.09).

2. Bахрушeв С.Б., Голосовский И£., Королева Е.Ю., На-бережнов A.A., Окунева Н./ФТТ. 2008. Т. 50. Вып. 8. С. 1489.

3. Рогазинская O.B., Миловидова С.Д., Сидоркин A.C., Чернышев B.B., Бабичева Н.Г. Свойства нанопорис-того оксида алюминия с включениями триглицин-сульфата и сегнетовой соли //ФТТ. 2009. Т. 51. Вып. 7. С. 1430.

4. Бурсиан Э£. Нелинейный кристалл. Титанат бария. М.: Наука, 1974. 295 с.

5. Струков БЛ. Фазовые переходы в сегнетоэлектри-ческих кристаллах с дефектами //Соросовский образовательный журнал. 1996. №12. С. 95.

6. Гинзбург BÄ. Теория сегнетоэлектрических явлений //УФН. 1949. Т. 38. С. 490.

7. Блинц P., Жекш Б. Сегнетоэлектрики и антисегнето-электрики. М.: Мир, 1975. 398 с.

DIELECTRIC PROPERTIES TRIGLITSINSULFAT IN POROUS MATRICES

© 2010 T.A. Tryukhan, E.V. Stukova, S.V. Baryshnikov

Amur State University, Blagoveshchensk

Dielectric properties of TGS in different porous matrix with pore sizes from 4 mkm to 5.1 nm were examined and compared with the results obtained for their bulk counterparts. It was found out that the broadening of ferroelectric phase transition depends on the type of porous matrix. The results are explained on the basis of Landau-Ginzburg-Devonshire theory. Key words: ferroelektrics, dielectric permittivity, size effects.

Elena Tryukhan, Graduate Student at the Theoretical and Experimental Physics Department. E-mail: [email protected] Tatiana Stukova, Candidate of Physics and Mathematics, Associate Professor at the Theoretical and Experimental Physics Department. E-mail: [email protected] Sergei Baryshnikov, Doctor of Physics and Mathematics, Professor at the Theoretical and Experimental Physics Department. E-mail: [email protected]

Диэлектрические и пьезоэлектрические свойства керамики PLZT x/40/60 (x = 5; 12) | Щеглова

1. Сидоркин А.С. Доменная структура в сегнетоэлектриках и родственных материалах. М.: Физматлит; 2000. 240 с.

2. Смоленский Г.А., Боков В.А. и др. Физика сегнетоэлектрических явлений. ФТИ им. А.Ф. Иоффе АН СССР. Л.: Наука; 1985. 396 с.

3. Батаев А.А. Композиционные материалы. М.: Логос; 2006. 397 с.

4. Saito Y., Takao H., Tani T., Nonoyama T., Takatori K., Homma T., Nagaya T., Nakamura M. Lead-free piezoceramics. Nature. 2004; 432: 84—87. https://doi.org/10.1038/nature03028

5. Darlington C.N. On the changes in structure of PLZT (8.7/65/35) between 80 and 750 K. Phys. Stat. Sol. 1989; 113: 63—69. https://doi.org/10.1088/0022-3719/21/21/008

6. He Y. Heat capacity, thermal conductivity, and thermal expansion of barium titanate-based ceramics. Thermochimica Acta. 2004; 419: 135—141. https://doi.org/10.1016/j.tca.2004.02.008

7. Zhuo F.P., Li Q., Gao J.H., Wang Y.J., Yan Q.F., Xia Z.G., Zhang Y.L., Chu X.C. Structural phase transition, depolarization and enhanced pyroelectric properties of (Pb1-1.5xLax)(Zr0.66Sn0.23Ti0.11)O3 solid solution. J. Mater. Chem. 2016; 4: 7110—7118. https://doi.org/10.1039/C6TC01326K

8. Hiroshi M. Thermal energy harvesting of PLZT and BaTiO3 ceramics using pyroelectric effects. Nanoscale Ferroelectric-Multiferroic Materials for Energy Harvesting Applications. 2019; 12: 217—229. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814499-2.00012-8

9. Vodopivec B., Filipic C., Levstik A., Holc J., Kutnjak Z. E-T phase diagram of the 6.5/65/35 PLZT incipient ferroelectric. Journal of the European Society. 2004; 34: 1561—1564. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(03)00535-1

10. Grechishkin R.M., Kaplunov I.A., Ilyashenko S.E., Malyshkina O.V., Mamkina N.O., Lebedev G.A., Zalyotov A.B. Magnetoelectric effect in metglas/piezoelectric macrofiber composites. Ferroelectrics. 2011; 424(1): 78—85. https://doi.org/10.1080/00150193.2011.623939

11. Karpenkov D.Y., Bogomolov A.A., Solnyshkin A.V., Karpenkov A.Y., Shevyakov V.I., Belov A.N. Multilayered ceramic heterostructures of lead zirconate titanate and nickel-zinc ferrite for magnetoelectric sensor elements. Sensors and Actuators A: Physical. 2017; 266: 242—246. https://doi.org/10.1016/j.sna.2017.09.011

12. Ferri A., Saitzek S., Da Costa A., Desfeux R., Leclerc G., Bouregba R., Poullain G. Thickness dependence of the nanoscale piezoelectric properties measured by piezoresponse force microscopy on (111)-oriented PLZT 10/40/60 thin films. Surface Science. 2008; 602(11): 1987—1992. https://doi.org/10.1016/j.susc.2008.04.001

13. Saha S.K., Pramanik P. Synthesis of nanophase PLZT (12/40/60) powder by PVA-solution technique. Nanostructured Materials. 1997; 8(1): 29—36. https://doi.org/10.1016/S0965-9773(97)00062-7

14. Deb K.K. Pyroelectric characteristics of a hot-pressed lanthanum-doped PZT (PLZT (8/40/60)). Materials Letters. 1987; 5(5-6): 222—226. https://doi.org/10.1016/0167-577X(87)90015-2

15. Buixaderas E., Gregora I., Kamba S., Petzelt J., Kosec M. Raman spectroscopy and effective dielectric function in PLZT x/40/60. Journal of Physics: Condensed Matter. 2008; 20; 345229. https://doi.org/10.1088/0953-8984/20/34/345229

16. Buixaderas E., Nuzhnyy D., Veljko S., Savinov M., Vanek P., Kamba S., Petzelt J., Kosec M. Broad-band dielectric spectroscopy of tetragonal PLZT x/40/60. Phase Transitions — PHASE TRANSIT. 2006; 79: 415—426. https://doi.org/10.1080/01411590600892179

17. Li S., Nie H.C., Chen X.F., Cao F., Wang G.S., Dong X.L. Structure, phase transition behavior and electrical properties of Pb0.99(SnxZr0.95-xTi0.05)0.98Nb0.02O3 ceramics. J. Alloys Compd. 2018; 732: 306—313. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.12.216

18. Makarova L.A., Alekhina Yu.A., Perov N.S., Omelyanchik A.S., Rodionova V.V., Malyshkina O.V. Elastically coupled ferromagnetic and ferroelectric microparticles: new multiferroic materials based on polymer, NdFeB and PZT particles. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2019; 470: 89—92. https://doi.org/10.1016 /j.jmmm.2017.11.121

19. Kallaev S.N., Omarov Z.M., Mitarov R.G., Sadykov S.A., Khasbulatov S.V., Reznichenko L., Bormanis K., Kundzinish M. Heat capacity and thermal conductivity of multiferroics Bi1-xPrxFeO3. Integrated Ferroelectrics. 2019; 196(1): 120—126. https://doi.org/10.1080/10584587.2019.1591973

20. Митаров Р.Г, Каллаев С.Н., Садыков С.М. Тепловые свойства релаксорной сегнетокерамики ЦТСЛ. Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2010; (18): 53—60. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/teplovye-svoystva-relaksornoy-segnetokeramiki-tstsl (дата обращения: 27.08.2021)

21. Horcas I., Fernández R., Gómez-Rodríguez J.M, Colchero J., Gómez-Herrero J., Baro A.M. WSXM: A software for scanning probe microscopy and a tool for nanotechnology. Rev. Sci. Instrum. 2007; 78: 013705. https://doi.org/10.1063/1.2432410

22. Kholkin A.L., Kiselev D.A., Bdikin I.K., Sternberg A., Dkhil B., Jesse S., Ovchinnikov O., Kalinin S.V. Mapping disorder in polycrystalline relaxors: A piezoresponse force microscopy approach. Materials. 2010; 3: 4860—4870. https://doi.org/10.3390/ma3114860

23. Hong S., Woo J., Shin H., Jeon J.U., Pak, Y.E., Colla E.L., Setter N., Kim E., No K. Principle of ferroelectric domain imaging using atomic force microscope. J. Appl. Phys. 2001; 89: 1377–1386. https://doi.org/10.1063/1.1331654

24. Bogomolov A.A., Solnyshkin A.V., Lazarev A.Yu., Kiselev D.A., Kholkin A.L. Polarization of surface layers in PLZT relaxor ceramics. Ferroelectrics. 2008; 374: 144—149. https://doi.org/10.1080/00150190802427598

25. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов. М.: Энергоиздат; 1982. 320 с.

26. Gao J.H., Li Q., Li Y.Y., Zhuo F.P., Yan Q.F., Cao W.W., Xi X.Q., Zhang Y.L., Chu X.C. Electric field induced phase transition and domain structure evolution in (Pb, La)(Zr,Sn,Ti)O3 single crystal. Appl. Phys. Lett. 2015; 107(7): 072909. https://doi.org/10.1063/1.4929463

Диэлектрические свойства — обзор

10.5 Модификация диэлектрических, магнитных и энергетических потерь феррита лития

Диэлектрические свойства ферритовых материалов сильно зависят от состава. Небольшое количество заместителя может сильно повлиять на свойства диэлектрических материалов. Основными критериями замещенных ионов являются валентность и растворимость ионов по отношению к ферриту-хозяину. Диэлектрические свойства большого количества смешанных ферритов, таких как Li-Mn (Равиндер и др., 2001), Li-Ni (Триведи и др., 2000), Li-Co (Baldha et al., 2002), Li-Ge (Ravinder, Reddy, 2003), Li-Ti (Mazen et al., 1997). Hankare et al. (2010) сообщили, что хром играет важную роль в изменении диэлектрических свойств литиевых ферритов. Небольшое количество Ce = 0,06 дюйма Li 0,5 Ce x Fe 2,5 — x O 4 обеспечивает однородную зернистую структуру и самую высокую диэлектрическую постоянную (∼3,5 × 10 4 ) при частоте Сообщается о частоте 1 кГц (Verma et al., 2008а). Наблюдается заметное увеличение диэлектрической проницаемости при легировании ферритов лития Ti 4+ и Zn 2+ ; он показывает максимальное значение 1,5 × 10 5 для легированного феррита x = 0,25, как показано на рисунке 4.21. Также наблюдается уменьшение значений тангенса угла потерь при замене Ti и Zn в Li 0,5 Zn x Ti x Mn 0,05 Fe 2,45-2 x O 4 (Verma и другие., 2009а). Изучены диэлектрические свойства наноразмерного чистого и легированного алюминием феррита лития (Dar et al., 2010). Было обнаружено, что диэлектрическая проницаемость увеличивается с увеличением легирования Al 3+ до x = 0,1 (Li 0,5 Al x Fe 2,5 — x O 4 ), после этого этот параметр уменьшается при дальнейшем допировании. Это объясняется тем, что феррит Li обладает структурой обратной шпинели и степень инверсии зависит от термической обработки.Ионы Al 3+ предпочитают занимать B-позицию, в то время как магнитные ионы Fe занимают как тетраэдрические, так и октаэдрические позиции. Можно видеть, что значительное улучшение электропроводности Li , легированного алюминием 0,5 Al x Fe 2,5- x O 4 , наблюдаемое как на более высоких, так и на более низких частотах, проводимость увеличивается при увеличении добавки ионов Al до x = 0,1, после этого она уменьшается при легировании Al. Это объясняется тем, что в большинстве ферритов ионы Fe 3+ обычно восстанавливаются до ионов Fe 2+ в результате процесса спекания при повышенной температуре.Увеличение проводимости на переменном токе до x = 0,1 объясняется легированием ионами Al, заставляющими ионы Fe 3+ мигрировать из тетраэдрической позиции в октаэдрическую.

Рисунок 4.21. Изменение диэлектрической проницаемости с частотой для Li 0,5 Zn x Ti x Mn 0,05 Fe 2,45-2 x O 4 при комнатной температуре.

Увеличение количества ионов Fe 2+ и Fe 3+ в октаэдрической позиции и легирование Al увеличило значение σ ac .Когда концентрация Al превышает x = 0,1, добавление Al приводит к миграции ионов Fe 3+ из октаэдрической позиции в тетраэдрическую, тем самым уменьшая количество Fe 3+ / Fe 2+ ионы в B-позиции, которые отвечают за проводимость в ферритах. Хюн и Ким (2007) исследовали магнитные свойства высокотемпературного термического разложения и золь-гель синтезированных ферритов Li. Они наблюдали намагниченности насыщения ( M s ) для образца, полученного методом высокотемпературного термического разложения при комнатной температуре, 55 emu / g, а также для образцов, отожженных при 700 ° C и закаленных при 1000 ° C, приготовленных. золь-гель методом — 59 и 62 ЭМЕ / г соответственно.Напротив, значения коэрцитивной силы ( H c ) для каждой выборки составляют 4,1, 93,7 и 9,1 Э, соответственно. Fu и Lin (2009) исследовали магнитные свойства наноразмерного феррита Li 0,5 Fe 2,5- x Mg x O 4 . Они наблюдали, что намагниченность насыщения 71,1 emu / g была найдена для образца Li 0,5 Fe 2,5 O 4 . По мере увеличения содержания Mg намагниченность насыщения и остаточная намагниченность ( M r ) значительно уменьшались.Это объясняется тем, что по мере увеличения содержания Mg взаимодействия A – O – B становятся слабыми, и, следовательно, взаимодействие B – O – B становится более сильным и, следовательно, приводит к уменьшению намагниченности. Магнитные и диэлектрические свойства золь-гель приготовленных частиц Li 0,5 Fe 2,5 O 4 мелких частиц были исследованы Джорджем и др. (2006). Они заметили, что значение коэрцитивной силы увеличивается с размером зерен, достигает максимума, а затем уменьшается. Это могло быть связано с переходом от многодоменной к однодоменной структуре.Измерения намагниченности показывают отклонение значений намагниченности насыщения по сравнению с его объемными аналогами. Такое изменение значений намагниченности частично объясняется образованием α -Fe 2 O 3 из-за улетучивания Li 0,5 Fe 2,5 O 4 . Однако большое расхождение в величине намагниченности в свежеприготовленных образцах сверхмелкозернистых частиц было объяснено вкладом выровненных поверхностных спинов.Электрические параметры, а именно диэлектрическая проницаемость и проводимость по переменному току, были оценены для всех образцов и исследованы в зависимости от частоты, температуры и размера частиц. И диэлектрическая проницаемость, и проводимость по переменному току уменьшаются с увеличением размера зерна ферритных частиц. Сравнительно более низкое значение удельного сопротивления или более высокое значение диэлектрической проницаемости в образцах, спеченных при более низких температурах, возможно, связано с наличием локализованного состояния в запрещенной запрещенной зоне, которое возникает из-за несовершенства решетки.Наличие этих состояний эффективно снижает энергетические барьеры для потока электронов.

Верма и Джой (2005) исследовали магнитные свойства суперпарамагнитных наночастиц феррита лития, синтезированных методом автожога, с размером частиц в диапазоне 4–50 нм. Они наблюдали суперпарамагнитную температуру блокировки 225 K частиц феррита лития размером 4 нм. Эта температура блокировки имеет чрезвычайно большое значение по сравнению с температурой, наблюдаемой для других наночастиц феррита шпинели, что указывает на большой вклад магнитных диполярных взаимодействий.Температура блокировки изменяется в зависимости от приложенного поля в соответствии с формализмом де Алмейды – Таулеса, обычно наблюдаемым для системы спинового стекла. Необычное поведение, подобное эффекту Хопкинсона, когда пик наблюдается вблизи температуры Кюри для объемного материала, измеренного в очень малых магнитных полях в суперпарамагнитных частицах феррита лития. Это связано с резким падением намагниченности при температуре Кюри феррита лития. Эта аномалия объясняется совокупным эффектом уменьшения анизотропии с повышением температуры, увеличения намагниченности из-за роста частиц во время цикла нагрева и уменьшения анизотропии из-за увеличения размера частиц.

Hayashi et al. (2008) синтезировали гибрид высокопрозрачных наночастиц феррита лития / этил (гидроксиэтил) целлюлозы (EHEC) путем гидролиза in situ форполимеризованного 3-аллилацетилацетоната железа (III) (IAA) и акрилата лития (LA) в присутствии EHEC ниже 100 °. С. Гибридная пленка была гибкой и автономной, демонстрируя высокий коэффициент пропускания в видимой области. Гибрид был суперпарамагнитным с температурой блокировки 13 К. Край поглощения гибридной пленки был смещен в синий цвет по сравнению с массивным ферритом лития.Синий сдвиг увеличивался с уменьшением размера кристаллитов, что контролировалось количеством EHEC. Самостоятельная пленка показывала фарадеевское вращение в зависимости от магнитного поля. Добротность гибридной пленки составляла около 3,5 при 700 нм, что было выше по сравнению с показателями описываемого ферритового композита при более коротких длинах волн из-за ее высокой прозрачности. Saafan et al. (2010) изучали магнитные свойства наноструктурированных и объемных образцов феррита Li – Ni – Zn. Они наблюдали снижение намагниченности насыщения наноразмеров по сравнению с их объемными аналогами, что объясняется большим отношением поверхности к объему, кристаллическими дефектами на поверхностном слое, уменьшением суперобменных взаимодействий и неколлинеарной магнитной структурой в этих наноразмерных образцах.

Имеется значительное улучшение проницаемости при использовании феррита лития, легированного Ti и Zn, максимальное значение которого составляет 106 для x = 0,20 (Verma et al., 2009), как показано в таблице 4.3, что является очень важной характеристикой. для энергетического применения ферритов. Механизм роста зерна также является одной из важных особенностей литиевых ферритов, легированных Zn и Ti. Размер зерна 3,9 мкм для образца x = 0,0 увеличивается до 7,8 мкм для образца x = 0,20 с Ti, концентрация Zn в Li 0.5 Zn x Ti x Mn 0,05 Fe 2,45-2 x O 4 , как показано на рисунке 4.22.

Таблица 4.3. Микроструктура и магнитные свойства Li 0,5 Zn x Ti x Mn 0,05 Fe 2,45-2x O 4 Образцы

10 9226 9226 9226
Состав Li 0,5 Zn x x Mn 0,05 Fe 2.45-2 x O 4 Постоянная решетки (Å) Проницаемость ( μ ) на частоте 1 МГц Намагниченность насыщения (emu / g) Размер зерна (мкм)
x = 0,00 8,321 27,9 58,5 3,9
x = 0,05 8,342 46,5 56,2 46,5 56,2 56,2 8,347 64,4 55,9 6,4
x = 0,15 8,358 59,8 51,9 7,0
7,0
7,0
52,6 7,8
x = 0,25 8,348 51,4 54,5 6,2
x = 0,30 8.340 45,5 40,9 5,1

Рисунок 4.22. СЭМ-микрофотографии Li 0,5 Zn x Ti x Mn 0,05 Fe 2,45-2 x O 4 образцов.

Было обнаружено снижение потерь мощности в Ti- и Zn-замещенном феррите лития. Изменение потерь мощности ( P cv ) с плотностью потока ( B м ) при 50 кГц Li 0.5 Zn x Ti x Mn 0,05 Fe 2,45-2 x O 4 образцов показано на рисунке 4.23. Вариация потерь мощности увеличивается с увеличением плотности потока для всех образцов. Однако уменьшение потерь мощности при замене Zn и Ti в феррите лития показывает минимальные потери для образца x = 0,25 Li 0,5 Zn x Ti x Mn 0,05 Fe 2.45-2 x O 4 . Частотно-зависимые потери мощности ( P cv ) для образцов в условиях возбуждения B м = 10 мТл показаны на рисунке 4.23. Из рисунка 4.24 видно, что потери мощности снижаются с увеличением концентрации Zn и Ti до x = 0,25 в Li 0,5 Zn x Ti x Mn 0,05 Fe 2,45 −2 x O 4 .Изменение потерь мощности невелико до частоты 1 МГц, но после этого оно резко изменяется в плотности потока возбуждения 10 мТл для всех образцов. Потери на низких частотах примерно ниже 500 кГц возникают из-за потерь на гистерезис, а выше этих частот потери на вихревые токи постепенно увеличиваются с увеличением частоты и становятся преобладающими в потерях мощности. Эти материалы демонстрируют низкие потери мощности до 1 МГц, что делает их более подходящими для силовых приложений.

Рисунок 4.23. Вариация P cv и плотности потока Li 0 при 50 кГц.5 Zn x Ti x Mn 0,05 Fe 2,45-2 x O 4 образцов. Где B — x = 0,0, C — x = 0,05, D — x = 0,10, E — x = 0,15, F — x = 0,20, G — x = 0,25, и H равно x = 0,30.

Рисунок 4.24. Изменение P cv и частоты при 10 мТл Li 0,5 Zn x Ti x Mn 0.05 Fe 2.45−2 x O 4 проб. Где B — x = 0,0, C — x = 0,05, D — x = 0,10, E — x = 0,15, F — x = 0,20, G — x = 0,25, и H равно x = 0,30.

Диэлектрические свойства — обзор

4.6.1 Характеристики катализаторов

Процесс разложения перекиси водорода может потребоваться для двухкомпонентного двигателя малой тяги, помимо монотопливного двигателя.Чтобы обеспечить основу для оптимальной конструкции инжектора и слоя катализатора с учетом типа двигателя малой тяги, в этом исследовании исследуется влияние схемы впрыска топлива на действие слоя катализатора. Инжектор душевой лейки и инжектор падающей струи испытывались с помощью монотопливного двигателя 50 Н. Катализатор на основе оксида марганца / γ-оксида алюминия и катализатора оксида марганца / оксида алюминия, легированного лантаном, был готов и испытан. Инжектор насадки для душа дает быстрое время отклика и подходит для работы в импульсном режиме.Инжектор встречной струи смягчил нестабильность эффективности и истирание катализатора, что является благоприятным для крупномасштабных двигателей с двухкомпонентным топливом. Конструкция с двумя слоями катализатора была концептуально предложена на основе данных, полученных в результате обжиговых испытаний. На рис. 4.26 представлен чертеж в разрезе монотопливного подруливающего устройства в масштабе 50 Н и пластин форсунок, предназначенных для этой работы. Расчетное давление в камере составляет 20 бар, а назначенный массовый расход H 2 O 2 составляет почти 39.1 г / с. Несвязанная перекись водорода имеет концентрацию 90% по весу без дополнительной точности указания концентрации, а температура ее адиабатического разложения достигает около 700–750 ° C.

Рис. 4.26. Чертеж в разрезе монотопливного двигателя 50 Н и виды спереди пластин форсунок.

Длина слоя катализатора 40 мм, диаметр 27 мм. Поскольку двигатель был изобретен как инженерная модель, все компоненты хорошо собраны с помощью фланцевых соединений.Пластину форсунки также можно заменить. На рис. 4.27 показано испытание на текучесть двух различных типов форсунок с водой в качестве имитатора из соображений безопасности. Форсунки имеют одинаковое количество отверстий, и каждый диаметр отверстия также одинаков. Имеется 15 отверстий диаметром 0,34 мм. В инжектор падающей струи шесть пар отверстий были расположены по кругу, и в середине пластины инжектора произошло тройное столкновение. Каждая пара струй жидкости сталкивалась под углом 45 градусов.Таким образом, жидкие струи распылялись на крошечные капельки, уменьшая импульс струи [256].

Рис. 4.27. Испытание на текучесть на холоду двух различных типов пластин форсунок с использованием воды в качестве имитатора.

N -Гидроксифталимид был синхронно синтезирован и иммобилизован на сшитых полистирольных микросферах посредством короткого пути полимерных реакций с получением гетерогенного катализатора. Некоторые композиционные катализаторы состояли из сшитых микросфер полистирола- N -гидроксифталимида и солей металлов и, следовательно, использовались в реакциях окисления 1-фенилэтанола молекулярным кислородом в качестве окислителя.Между четырьмя сокатализаторами, ванадилацетацетонатом Co (OAc) 2 , CoCl 2 , (VO (acac) 2 ) и Mn (OAc) 2 , каталитическая активность VO (acac) 2 составляет лучше всего, хотя соли кобальта и марганца являются формальными сокатализаторами гидроксифталимида. В мягких условиях сшитые микросферы полистирола- N -гидроксифталимида при комбинации VO (acac) 2 могут селективно превращать 1-фенилэтанол в ацетенон с конверсией 40% [257].

Простой способ создания микросфер катализатора из полистирола- N -гидроксифталимида на основе молекулярного дизайна заключается в двух полимерных реакциях, N -гидроксифталимид вместо группы был синхронно объединен и иммобилизован на сшитых полистирольных микросферах. Сначала реакция ацилирования Фриделя-Крафтса принадлежит бензольному кольцу, поскольку боковая цепь сшитого полистирола выполнялась SnCl 4 в качестве кислотного катализатора Льюиса и хлорангидрида тримеллитового ангидрида в качестве реагента, а фталевый ангидрид (PA) был пропитан на поверхности. сшитых микросфер полистирола, что привело к модифицированным микросферам, сшитым полистирол-PA. Затем допустили, что реакция имидизации связанного PA протекает с использованием гидрохлорида гидроксиламина (NH 2 OHHCl) в качестве реагента, затем синхронного синтеза и N — Было обнаружено, что гидроксифталимид на иммобилизации полимерных микросфер без проблем дает твердый катализатор через сшитые микросферы полистирола N -гидроксифталимида.

Самый высокий VO (acac) 2 способность и потенциал в качестве сокатализатора обусловлены следующими причинами. Во-первых, атом V имеет очень высокое сродство к кислороду, и он явно заставляет четырехвалентный ванадий V (IV) окисляться в пятивалентный ванадий V (V) [258, 259]. Эта характеристика хороша для превращения 1-фенилэтанола. Во-вторых, атом ванадия в степенях окисления + 4 и + 5 обладает сильной окислительно-восстановительной способностью, а два высоковалентных состояния элемента ванадия явно взаимопревращаемы [260], что обеспечивает природу циклов каталитического окисления.В-третьих, VO (acac) 2 гораздо более растворим в растворителе благодаря своим органическим, чем неорганическим, солям, которые благодаря этому свойству VO (acac) 2 заставляют частицы VO 2 + лучше участвовать в цикле каталитического окисления. (Рис. 4.28).

Рис. 4.28. Механизм каталитического окисления 1-фенилэтанола с использованием комбинационного катализатора CPS-NHPI + VO (acac) 2 .

Исследование диэлектрических свойств отработанных катализаторов гидрообессеривания имеет основное значение для расширения возможностей микроволновой термообработки расточительных катализаторов гидрообессеривания для извлечения ценных металлов.Метод беспорядка в резонансной полости использовался для расчета диэлектрических свойств отработанного катализатора и смеси отработанного катализатора и Na 2 CO 3 при обжиге от нормальной комнатной температуры до 700 ° C при 2450 МГц. Нагревательные свойства отработанного катализатора и смеси отработанного катализатора и Na 2 CO 3 в присутствии микроволнового поля показали, что отработанный катализатор, Na 2 CO 3, и смесь отработанного катализатора проявляют мощную микроволновую реакцию. , а диэлектрическая проницаемость, коэффициент диэлектрических потерь и тангенс угла диэлектрических потерь были увеличены за счет повышения температуры на 20–300 ° C, отработанного катализатора и смеси отработанного катализатора и нагревания Na 2 CO 3 при меньшем скорость, в то время как материал быстро нагревается от 300 ° C до 700 ° C.Кроме того, предложен механизм микроволнового воздействия, основанный на изучении диэлектрических свойств и свойств нагрева в микроволновом поле. Здесь в испытаниях использовались диэлектрические свойства отработанного катализатора и другие соответствующие материалы, а корреляция между диэлектрическими свойствами и характеристиками повышения температуры была изменена в результате исследований характеристик повышения температуры. По результатам экспериментов были сделаны следующие выводы:

(1)

Чувствительность отработанного катализатора к микроволнам увеличивается с увеличением температуры (20–300 ° C), а чувствительность отработанного катализатора к микроволнам приписывается NiS и MoS2, так как другие компоненты менее чувствительны к микроволнам.Когда температура превышает 300 ° C, способность отработанного катализатора реагировать на микроволны возникает из-за взаимодействия компонента с отработанным катализатором. Способность отработанного катализатора к воздействию микроволн снижается после добавления Na 2 CO 3 , но тенденция изменения температуры не меняется.

(2)

Процесс нагрева отработанного катализатора, смешанного с Na 2 CO 3 , делится на две стадии из-за диэлектрических свойств в микроволновом поле.На первом этапе (20–300 ° С) при мощности СВЧ 1000 Вт, скорости нагрева 10,69 ° С / мин и мощности СВЧ 1200 Вт, скорость нагрева 20,76 ° С / мин. Наконец, при мощности микроволн 1400 Вт скорость нагрева составляет 37,60 ° C / мин. На второй стадии (300–700 ° C) после нагрева 112,60 ° C / мин, 126,20 ° C / мин и 171,88 ° C / мин, поскольку нагревательная способность отработанного катализатора в основном зависит от NiS и MoS 2 в СВЧ поле как первая ступень.

(3)

Предложен механизм микроволнового нагрева отработанного катализатора.Согласно отработанному катализатору, подвергающемуся микроволновому излучению, преобразование микроволновой энергии на месте увеличивает атомную активность и, следовательно, способствует быстрому нагреванию отработанного катализатора, в основном сильному поглощению микроволновых материалов, таких как NiS и MoS 2 на отработанном катализаторе [ 261] (рис. 4.29).

Рис. 4.29. Объяснение микроволновой термообработки неочищенных катализаторов гидрообессеривания.

Специальные катализаторы на основе железа, такие как Fe – Ca, Fe – Mg и Fe – Al, были расширены за счет предшественников СДГ из одного источника, и, соответственно, роль идентичности носителя в физико-химических свойствах и каталитических характеристиках катализатора в зависимости от на производство водорода при пиролизе биомассы.Катализатор Fe на основе алюминия демонстрирует лучшие каталитические характеристики с максимальной эффективностью газификации 61,4 мас.%, Выходом синтез-газа биомассы 598 мл / г, выходом H 2 биомассы 217 мл / г и молярным отношением H 2 / CO 2,4. по результатам структурных характеристик. Этот приемлемый результат объясняется крошечным размером частиц (8 нм), большой площадью поверхности 10 6 м 2 г — 1 и образованием поверхностной кислотности, которая может обеспечить обильные доступные активные центры кислоты для реакции крекинга / риформинга. и добавление диффузии реагента и продуктов.Анализ TG-TPO испытанных катализаторов показывает, что прореагировавший катализатор Fe – Ca имеет наибольшее количество коксования, но было обнаружено, что большая часть осажденного углерода представляет собой высокоценный нитевидный углерод. Результаты экспериментов ГХ-МС показали, что Fe-катализатор на носителе из алюминия может использоваться для производства селективных ароматических соединений при пиролизе биомассы, и максимальный выход составляет целых 100%. В связи с этим мы изучаем маршрут подачи Fe – Al катализатора для производства обогащенного водородом синтез-газа при пиролизе биомассы [262].

XRD-анализ на рис. 4.30 показывает появление дифракционных пиков при 2 θ: 32,521 ° (110), 35,554 ° (- 111), 38,731 ° (111), 48,763 ° (-202), 58,316 ° (202). 61,571 ° (- 113), 66,229 ° (- 311), 68,142 ° (220) и 75,234 ° (- 222) соответствуют CuO, тогда как соответственно 2 θ 43,298 ° (111), 50,434 ° (200) и 74,133 ° (220), возникшие из-за кристаллической природы Cu, что хорошо видно в очищенных высококристаллических наночастицах Cu / CuO-NR. Все эти данные подтверждают чистоту CuO и Cu с моноклинной и кубической структурой соответственно, что близко к литературным данным в картах JCPDS № 004-0836 и 005-0661 соответственно [109].

Рис. 4.30. РСА спектров Cu: CuO-NRs.

На рис. 4.31A показан спектр поглощения наностержней Cu / CuO, в то время как его запрещенные зоны были рассчитаны после построения графика зависимости (αhν) 2 от энергии фотона (hν) (рис. 4.31B) [109]. Прямым и простым методом измерения ширины запрещенной зоны композитных материалов является регистрация спектра поглощения. Коэффициент поглощения α (ν) был рассчитан на основе поглощения A (ν), и после поправки на отражение α (ν) был рассчитан с использованием соотношения (Ур.4.1):

Рис. 4.31. UV – Vis Cu: CuO (A) график зависимости (αhυ) 2 от hυ для расчета ширины запрещенной зоны образцов, вставленных на этом (B).

(1) I = Ioexp − ɑx

Следовательно, уравнение. (4.2):

(2) ɑ (v) = 2.303xlogIoI = 2.303xAν

где, Io и I — интенсивность падающего и прошедшего света соответственно, а x — толщина кюветы. Связь между фундаментальным поглощением и оптической энергетической щелью дается формулой. (4.3):

(3) Eopt = hcλ

Здесь c — скорость света и при высоких уровнях коэффициента поглощения для некристаллических материалов, которые соответствуют энергии падающего фотона по формуле.(4.4):

(4) ɑv = βhν − Eoptn

где β — показатель степени и константа, n может принимать значения 0,5, 1, 2, 3 и 3/2. Для разрешенного сложного перехода показатель степени принимает значения 1, 2 и 3 [109, 263–267]. Кривая изменения ширины запрещенной зоны фотокатализатора Cu / CuO-NR составила 2,1 эв [109, 267], что показано на рис. 4.31.

ИК-Фурье-спектроскопия была проведена для исследования присутствия органических соединений в Cu / CuO-NR, и ИК-Фурье-спектр полученных наностержней в диапазоне 300–3900 см. –1 (рис.4.32) представляет собой комбинированный пик на 1560 см — 1 , посвященный колебанию H – O – H воды. Таким образом, пик около 3500 см — 1 относится к колебаниям O – H адсорбированной воды на поверхностях. Результаты показывают, что этанол для пиков CH, NaOH и молекулы воды из синтеза адсорбируются на поверхности наностержней Cu / CuO, поскольку они присутствуют в реакции синтеза [109, 267].

Рис. 4.32. ИК-Фурье спектр Cu: CuO-NR.

Диэлектрические свойства | TORELINA ™ | ТОРЕЙ ПЛАСТИК

Техническая информация | Электрические свойства | Диэлектрические свойства

Если к TORELINA, который является изолятором, приложить напряжение, возникает дисбаланс электронов, называемый поляризацией, хотя изолятор не проводит электричество.Диэлектрическая проницаемость — это свойство, указывающее степень поляризации. Чем ниже диэлектрическая проницаемость материала, тем меньшее количество электростатической энергии может накапливаться в изоляторе, тем самым тем лучше изолирующие свойства. Когда используется термин «диэлектрическая постоянная», он часто относится к относительной диэлектрической проницаемости, которая представляет собой отношение диэлектрической проницаемости изолятора к диэлектрической проницаемости вакуума. Однако для практических целей диэлектрическую проницаемость можно рассматривать как эквивалентную относительной диэлектрической проницаемости, поскольку диэлектрическая проницаемость вакуума считается равной 1.

Если на изолятор подается переменное напряжение, возникают диэлектрические потери, которые представляют собой потерю части электрической энергии в виде тепловой энергии из-за влияния поляризации. Диэлектрический тангенс (tanδ) — это свойство, которое указывает степень диэлектрических потерь. Чем выше тангенс угла диэлектрической проницаемости материала, тем выше диэлектрические потери. Это свойство особенно важно для электрических и электронных компонентов (например, конденсаторов), которые обрабатывают высокочастотное излучение. Повышение температуры формованного изделия из-за диэлектрических потерь может вызвать ухудшение изоляционных свойств, дефекты встроенных электронных схем и т. Д.

Диэлектрические свойства TORELINA приведены в таблице. 7.3.

Таблица. 7.3 Диэлектрические свойства TORELINA (23 ℃, 1 МГц)

Арт. Квартир Армированный стекловолокном GF + наполнитель армированный Улучшение эластомера
A504X90 A310MX04 A673M A575W20 A495MA1
Относительная диэлектрическая проницаемость 4.3 5,4 3,9 4,4 4,6
Угол диэлектрической проницаемости 0,003 0,004 0,001 0,002 0,005

Ⅰ. Частотная зависимость

TORELINA демонстрирует стабильные диэлектрические свойства в широком диапазоне частот. Чем ниже содержание армирования в материале, как показано на примере A673M, тем лучше диэлектрические свойства.(Рис. 7.8 и 7.9)

  • Рис. 7.8 Частотная зависимость относительной диэлектрической проницаемости
  • Рис. 7.9 Частотная зависимость тангенса угла диэлектрической проницаемости

Ⅱ. Температурная зависимость

Диэлектрическая проницаемость TORELINA остается стабильной в широком диапазоне температур. С другой стороны, тангенс угла диэлектрической проницаемости имеет тенденцию увеличиваться при превышении температуры стеклования, поэтому считается, что молекулярная подвижность аморфной части влияет на диэлектрические потери.(Рис. 7.10–7.13)

  • Рис. 7.10 Температурная зависимость относительной диэлектрической проницаемости (1 кГц)
  • Рис. 7.11 Температурная зависимость относительной диэлектрической проницаемости (1 МГц)
  • Рис. 7.12 Температурная зависимость тангенса угла диэлектрической проницаемости (1 кГц)
  • Рис. 7.13 Температурная зависимость тангенса угла диэлектрической проницаемости (1 МГц)

Диэлектрическая проницаемость и ее влияние на свойства конденсатора

источник: блог Capacitor Faks

Типичный конденсатор состоит из двух проводящих пластин и непроводящего диэлектрического материала.Диэлектрический материал разделяет две проводящие металлические электродные пластины. Приложение напряжения к электродным пластинам конденсатора вызывает электрическое поле в непроводящем диэлектрическом материале. Это электрическое поле хранит энергию. Диэлектрическая проницаемость, также известная как относительная диэлектрическая проницаемость, является мерой способности материала накапливать электрическую энергию и является одним из ключевых свойств диэлектрического материала.

Емкость конденсатора с параллельными пластинами является функцией расстояния между пластинами, площади пластины и постоянной диэлектрического материала.Увеличение площади пластины и диэлектрической проницаемости приводит к увеличению емкости, в то время как увеличение расстояния между пластинами приводит к уменьшению емкости. Различные диэлектрические материалы имеют разную диэлектрическую проницаемость.

Влияние диэлектрической проницаемости на характеристики конденсатора

Диэлектрический материал конденсатора поляризуется при приложении напряжения. Этот процесс уменьшает электрическое поле и заставляет отрицательно заряженные электроны немного сдвигаться к положительному выводу.Хотя электроны перемещаются недостаточно далеко, чтобы вызвать протекание тока, этот процесс создает эффект, который имеет решающее значение для работы конденсаторов. Удаление источника напряжения приводит к потере поляризации диэлектрического материала. Однако, если материал имеет слабые молекулярные связи, он может оставаться в поляризованном состоянии даже при удалении источника напряжения.

Конденсатор накапливает энергию в электрическом поле при приложении напряжения. Способность накапливать электрическую энергию варьируется от одного диэлектрического материала к другому.Количество электрической энергии, которую может хранить конденсатор, зависит от величины поляризации, возникающей при приложении напряжения. Материалы с высокой диэлектрической проницаемостью могут хранить больше энергии по сравнению с материалами с низкой диэлектрической проницаемостью. Электрическая восприимчивость материала — это мера легкости, с которой он поляризуется в ответ на электрическое поле. Хорошие диэлектрические материалы обладают высокой электрической восприимчивостью.

Диэлектрическая проницаемость — один из ключевых параметров, который следует учитывать при выборе диэлектрического материала для конденсатора.Эта постоянная измеряется в фарадах на метр и определяет величину емкости, которую может достичь конденсатор. Диэлектрические материалы с высокими диэлектрическими постоянными используются, когда требуются высокие значения емкости, хотя, как упоминалось выше, другие параметры, которые определяют емкость конденсатора, включают расстояние между электродами и эффективную площадь пластины.

Диэлектрическая проницаемость обычных диэлектрических материалов

Все материалы способны накапливать электрическую энергию при воздействии электрического поля.Емкость хранилища варьируется от одного материала к другому. Диэлектрическая проницаемость материалов обычно указывается относительно диэлектрической проницаемости свободного пространства, обычно обозначаемой ϵ 0 . Диэлектрическая проницаемость вакуума обычно известна как абсолютная диэлектрическая проницаемость и относится к величине сопротивления, необходимой для образования электрического поля в вакууме. Абсолютная диэлектрическая проницаемость свободного пространства составляет примерно 8,85418782 × 10 -12 м -3 кг -1 с 4 A 2 .

Диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала относительно диэлектрической проницаемости свободного пространства называется относительной диэлектрической проницаемостью, обычно обозначаемой ϵ r, или диэлектрической постоянной. Следующее уравнение связывает абсолютную диэлектрическую проницаемость ( 0 ), относительную диэлектрическую проницаемость или диэлектрическую проницаемость ( r ) и диэлектрическую проницаемость материала ().

ϵr = ϵϵ0

В таблице ниже показаны диэлектрические постоянные обычно используемых диэлектрических материалов.

Материал Диэлектрическая проницаемость (относительная диэлектрическая проницаемость)
Воздух 1.0006
Оксид алюминия 8,5
Титанат стронция бария 500
Керамический фарфор 4,5 — 6,7
Стекло 3,7 — 10
Слюда 5,6 — 8
Бумага 3,85
Полиэстер ПЭТ 3,3
Полипропилен 2,25
Оксид тантала 27.7


Изменения температуры вызывают неоднородности диэлектрической проницаемости диэлектрического материала и оказывают значительное влияние на диэлектрическую проницаемость материала. Например, повышение температуры вызывает уменьшение диэлектрической проницаемости, а диэлектрическая проницаемость материала резко падает, когда температура падает ниже точки замерзания.

При выборе диэлектрического материала для конденсатора также важно учитывать влияние частоты на свойства материала.Диэлектрическая проницаемость материала при воздействии электрического поля зависит от частоты источника напряжения. Когда материал помещается в статическое электрическое поле, диэлектрическая проницаемость, которую он демонстрирует, называется статической диэлектрической проницаемостью. Диэлектрическая проницаемость материала уменьшается с увеличением частоты источника напряжения.

Первичный привод сегодня находится в направлении миниатюризации схемы. Для производства миниатюрных схем требуются компоненты с меньшей занимаемой площадью.Диэлектрическая проницаемость конденсатора определяет достижимую емкость. Диэлектрические материалы с высокими диэлектрическими постоянными используются, когда требуются конденсаторы с меньшими физическими размерами.

Помимо диэлектрической проницаемости, при выборе диэлектрического материала для конденсатора также важно учитывать диэлектрические потери, и диэлектрическую прочность . Диэлектрическая прочность — это мера напряжения, которое изолятор выдержит до того, как через него протечет ток.Диэлектрические потери относятся к энергии, которую диэлектрический материал рассеивает при приложении переменного напряжения.

Заключение

Диэлектрический материал используется для разделения проводящих пластин конденсатора. Этот изоляционный материал в значительной степени определяет свойства компонента. Диэлектрическая постоянная материала определяет количество энергии, которое конденсатор может хранить при приложении напряжения. Диэлектрический материал становится поляризованным при воздействии электрического поля.Когда возникает поляризация, эффективное электрическое поле уменьшается. Поскольку диэлектрическая проницаемость материала зависит от частоты и температуры, диэлектрическая проницаемость обычно задается при определенных условиях, обычно на низких частотах. Кроме того, диэлектрическая проницаемость материала обычно указывается относительно диэлектрической проницаемости свободного пространства.

Произошла ошибка при установке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

диэлектрических материалов | Гелест, Инк.

Диэлектрические материалы обычно называют электрическими изоляторами.Применения материалов варьируются от обычных изоляторов в электротехнической и микроэлектронной оболочке до приложений, где диэлектрические свойства контролируются для архитектур активных устройств, то есть выпрямителей, полупроводников, преобразователей, конденсаторов и трансформаторов.

По мере развития в этом тысячелетии технологии очень крупномасштабной интегрированной (СБИС) микроэлектроники, потребность в специализированных материалах с (i) диэлектрической проницаемостью с низким K, а также (ii) с диэлектрической проницаемостью с высоким K, в таких схемах стала критической. .

Под влиянием малых полей электроны довольно свободно перемещаются по проводникам, тогда как в изоляторах или диэлектрических материалах поля лишь незначительно смещают электроны из состояния равновесия. Считается, что небольшое смещение электронов поляризует диэлектрик. Диэлектрическая проницаемость связана как с наведенной поляризацией, так и с постоянным диполем. В реальных приложениях диэлектрические материалы имеют широкий диапазон составов и физических форм (как показано в примерах ниже).Это обычные изоляторы, а также предшественники или промежуточные продукты для структур с точно контролируемыми диэлектрическими свойствами.

Непрерывное совершенствование устройств на интегральных схемах с целью уменьшения размеров элементов и более высоких скоростей достигло точки, когда задержка сигнала межсоединения, или задержка сопротивления-емкости, становится сопоставимой с задержкой затвора транзистора. В полупроводниках диэлектрик с низким K — это материал с небольшой диэлектрической проницаемостью по сравнению с диоксидом кремния. Диэлектрический материал с низким содержанием K позволяет масштабировать устройства микроэлектроники, а изолирующие диэлектрики могут приближаться без накопления заряда и неблагоприятного воздействия на производительность устройства.

Более технологически продвинутые интегральные схемы с меньшими размерами элементов потребуют межслойных диэлектрических материалов с более низкими диэлектрическими постоянными, чем нынешний диоксид кремния, для предотвращения электронных перекрестных помех, а также для снижения энергопотребления. В результате в последние годы произошел всплеск активности по разработке вариантов с низким содержанием калия. Низкое значение K может быть достигнуто за счет увеличения пористости диоксида кремния или легирования углерода или фтора. Силсесквиоксаны (иногда обозначаемые как POSS), которые можно рассматривать как гибрид диоксида кремния и органических веществ, имеют более низкие значения K, чем SiO2, хорошую термическую стабильность и привлекательные механические свойства.

Силсесквиоксаны с большим количеством групп Si-H, например, имеют K ~ 2,8. Введение пористости в такие силсесквиоксаны [полученные смешиванием их с высококипящим органическим растворителем с последующим быстрым отверждением и удалением летучих веществ при высокой температуре] может обеспечить значения K от 1,5 до 2,5. Точно так же пористые метилсилсесквиоксаны использовались в качестве материалов с низким содержанием K. Использование химически модифицированных силсесквиоксанов или сополимеров, содержащих органическую спейсер или боковую группу, которая может подвергаться термическому разложению после отверждения с образованием пористости, также было опробовано в качестве диэлектрического материала с низким k.

Ожидается, что высокоэффективные диэлектрические материалы, известные как материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, будут играть все более важную роль в электронике следующего поколения и в технологии очень крупномасштабной интегрированной (СБИС) микроэлектроники. Керамические материалы на основе диоксида кремния, такие как диоксид кремния (SiO2), силикат гафния (HfSiO4) и силикат циркония (ZrSiO4), являются обычными межслойными диэлектрическими материалами, используемыми в корпусах микроэлектроники с высокой плотностью. Титанат бария (BaTiO3) — один из хорошо известных диэлектрических материалов, который также используется в различных полупроводниковых устройствах из-за его высокой и частотно-независимой диэлектрической проницаемости с низкими диэлектрическими потерями.Многие исследователи пытались диспергировать высокодиэлектрические частицы, титанаты бария и другие керамические оксиды в полимерах с последующим их получением в виде тонких пленок.

Существующие диэлектрические конденсаторы имеют низкую плотность энергии как по объему, так и по массе. Ни одна из современных конденсаторных технологий не сочетает в себе плотность энергии, удельную мощность и скорость, требуемую для портативных импульсных систем питания, которые в настоящее время разрабатываются или планируются в будущем. Диоксид кремния использовался в качестве оксидного материала затвора на протяжении десятилетий.Однако, поскольку размер транзисторов уменьшился, толщина диэлектрика затвора из диоксида кремния должна быть уменьшена, чтобы увеличить емкость затвора. Уменьшение шкалы толщины ниже 2 нм приводит к токам утечки, чрезмерному энергопотреблению и снижению надежности устройства. Диэлектрический материал с высоким содержанием K позволяет увеличить емкость затвора без сопутствующих эффектов утечки.

Самый очевидный способ увеличить плотность энергии — выбрать диэлектрические материалы с максимально возможной напряженностью поля пробоя.Многие полимеры не только имеют высокие значения напряженности поля пробоя диэлектрика, но также обеспечивают дополнительное преимущество технологичности. К сожалению, диэлектрическая проницаемость полимеров относительно невысока. Смешивание неорганических керамических материалов с высокой диэлектрической проницаемостью с полимерами может привести к более высоким эффективным диэлектрическим постоянным и, таким образом, к увеличению плотности энергии. Важно отметить, что модификация поверхности BaTiO3 различными фосфорорганическими кислотами приводит к лучшему диспергированию частиц BaTiO3 в полимерной матрице и, таким образом, к высокой эффективной диэлектрической проницаемости.

В области диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью очень желательно, чтобы зерна керамики состояли из ядра практически чистого BaTiO3, окруженного оболочкой, в которой титан частично замещен другим элементом, таким как цирконий или ниобий. Локальный градиент дает распределение температуры Кюри и, следовательно, более пологие диэлектрические температурные характеристики по сравнению с чистым BaTiO3. Эту локально неоднородную керамику обычно получают путем смешивания порошка BaTiO3 со вторым оксидом, например ZrO2 или Nb2O5, а затем спекания в присутствии жидкой фазы.

Некоторые материалы, указанные ниже, являются рекомендованными прекурсорами с высоким k и обычно наносятся с использованием атомно-слоистого осаждения (см. Отдельное примечание по применению).

% PDF-1.3 % 89 0 объект > эндобдж xref 89 79 0000000016 00000 н. 0000001928 00000 н. 0000002870 00000 н. 0000003122 00000 н. 0000003186 00000 п. 0000003408 00000 п. 0000003522 00000 н. 0000003635 00000 н. 0000003768 00000 н. 0000003896 00000 н. 0000004074 00000 н. 0000004251 00000 п. 0000004374 00000 п. 0000004495 00000 н. 0000004636 00000 н. 0000004793 00000 н. 0000004951 00000 н. 0000005117 00000 н. 0000005284 00000 п. 0000005557 00000 н. 0000011620 00000 п. 0000011950 00000 п. 0000012393 00000 п. 0000012910 00000 п. 0000013602 00000 п. 0000014047 00000 п. 0000014088 00000 п. 0000020630 00000 п. 0000021059 00000 п. 0000021837 00000 п. 0000022359 00000 п. 0000022381 00000 п. 0000022455 00000 п. 0000022838 00000 п. 0000023145 00000 п. 0000023320 00000 н. 0000023567 00000 п. 0000023881 00000 п. 0000024047 00000 п. 0000026466 00000 п. 0000026931 00000 п. 0000027869 00000 п.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *