Диэлектрические свойства это: HTTP 404 Resource not found

Содержание

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 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. 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. /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]

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.

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.

Курчатов И. В. Собрание научных трудов в 6 томах. Т. 1. — 2005 — Электронная библиотека «История Росатома»

Курчатов И. В. Собрание научных трудов в 6 томах. Т. 1. — 2005 — Электронная библиотека «История Росатома»

Главная → Указатель произведений

ЭлектроннаябиблиотекаИстория Росатома

Ничего не найдено.

Загрузка результатов…

 

 

Закладки

 

 

 

ОбложкаФронтиспис12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970717273747576777879808182838485868788899091929394959697989910010110210310410510610710810911011111211311411511611711811912012112212312412512612712812913013113213313413513613713813914014114214314414514614714814915015115215315415515615715815916016116216316416516616716816917017117217317417517617717817918018118218318418518618718818919019119219319419519619719819920020120220320420520620720820921021121221321421521621721821922022122222322422522622722822923023123223323423523623723823924024124224324424524624724824925025125225325425525625725825926026126226326426526626726826927027127227327427527627727827928028128228328428528628728828929029129229329429529629729829930030130230330430530630730830931031131231331431531631731831932032132232332432532632732832933033133233333433533633733833934034134234334434534634734834935035135235335435535635735835936036136236336436536636736836937037137237337437537637737837938038138238338438538638738838939039139239339439539639739839940040140240340440540640740840941041141241341441541641741841942042142242342442542642742842943043143243343443543643743843944044144244344444544644744844945045145245345445545645745845946046146246346446546646746846947047147247347447547647747847948048148248348448548648748848949049149249349449549649749849950050150250350450550650750850951051151251351451551651751851952052152252352452552652752852953053153253353453553653753853954054154254354454554654754854955055155255355455555655755855956056156256356456556656756856957057157257357457557664 вкл. 164 вкл. 264 вкл. 364 вкл. 464 вкл. 564 вкл. 664 вкл. 764 вкл. 864 вкл. 964 вкл. 1064 вкл. 1164 вкл. 1264 вкл. 1364 вкл. 1464 вкл. 1564 вкл. 1664 вкл. 1764 вкл. 1864 вкл. 1964 вкл. 20

 

 

Увеличить/уменьшить масштаб

По ширине страницы

По высоте страницы

Постранично/Разворот

Поворот страницы

Навигация по документу

Закладки

Поиск в издании

Структура документа

Скопировать текст страницы

(работает в Chrome 42+,
Microsoft Internet Explorer и Mozilla FireFox
c установленным Adobe Flash Player)

Добавить в закладки

Текущие страницы выделены рамкой.

 

Содержание

ОбложкаОбложка

ФронтисписФронтиспис

1Титульные листы

5От редакции

 6

Осипов Ю. С.

Научное наследие И. В. Курчатова

15Биографический очерк

21Предисловие к тому 1

 25I. Ранние работы

 25

Курчатов И. В.

Опыт применения гармонического анализа к исследованию приливов и отливов Черного моря 30

Курчатов И. В.

Сейши в Черном и Азовском морях 40

Курчатов И. В.

К вопросу о радиоактивности снега 53

Курчатов И. В., Лобанова З. В.

Об электролизе при алюминиевом аноде 65

Курчатов И. В.

К вопросу об электролизе твердого тела. (Несколько замечаний по поводу работ Tubandt’а и Schmidt’а) 69

Курчатов И. В., Синельников К. Д.

К вопросу о прохождении медленных электронов через тонкие металлические фольги

 73II. Физика твердых диэлектриков и полупроводников

 73

Курчатов И. В., Иоффе А. Ф., Синельников К. Д.

Электрическая прочность диэлектриков 77

Курчатов И. В., Синельников К. Д.

К вопросу о высоковольтной поляризации в твердых диэлектриках 89

Курчатов И. В., Вальтер А. К., Кобеко П. П., Синельников К. Д.

К вопросу о подвижности ионов в кристаллах каменной соли 91

Курчатов И. В., Иоффе А. Ф., Синельников К. Д.

Механизм пробоя диэлектриков 100

Курчатов И. В., Кобеко П. П., Синельников К. Д.

Пробой твердых диэлектриков 113

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Закон Фарадея в условиях ионизации столкновением в твердых диэлектриках 115

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Ионная и смешанная проводимость твердых тел 136

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Униполярная проводимость некоторых солей 141

Курчатов И. В., Кобеко П. П., Синельников К. Д.

Исследование механизма пробоя некоторых смол 147

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Закон Фарадея при ударной ионизации 156

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Выделение кислорода на аноде при электролизе стекла 161

Курчатов И. В., Курчатов Б. В.

Принцип подобия в электропроводности твердых диэлектриков 173

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Пробой каменной соли 178

Курчатов И. В., Кобеко П. П., Синельников К. Д.

Механизм выпрямления некоторых солей 193

Курчатов И. В.

Об ионной электропроводности 197

Курчатов И. В.

Эффект Ребуля 203

Курчатов И. В.

Твердые выпрямители 220

Курчатов И. В., Синельников К. Д.

Твердые или вентильные фотоэлементы 242

Курчатов И. В.

Дискуссия Конференции по твердым выпрямителям и фотоэлементам (по обработанным стенограммам заседаний) 249

Курчатов И. В.

Вентильные фотоэлементы 265

Курчатов И. В., Щепкин Г. Я.

Диэлектрическая постоянная твердого HCl 275

Курчатов И. В.

Обзор конференции «Вентильные фотоэлементы и выпрямители» 287

Курчатов И. В., Синельников К. Д.

Исследование вентильных фотоэлементов. Часть I 299

Курчатов И. В., Синельников К. Д., Борисов М. Д.

Исследование вентильных фотоэлементов. Часть II. Внутренний фотоэффект и фотоэлемент с запирающим слоем 311

Курчатов И. В., Иоффе А. Ф., Кобеко П. П., Вальтер А. К.

К вопросу о механизме электрического пробоя 313

Курчатов И. В., Синельников К. Д., Трапезникова О. Д., Вальтер А. К.

Электролиз кристаллов каменной соли и их пробой 327

Курчатов И. В., Синельников К. Д., Трапезникова О. Д., Вальтер А. К.

Исследование электрического пробоя в кристаллах каменной соли 340

Курчатов И. В., Ковалев Н. А., Костина Т. З., Русинов Л. И.

Исследование карборундовых саморегулирующихся сопротивлений 364

Курчатов И. В.

Ионная поляризация в твердых телах 367

Курчатов И. В., Синельников К. Д., Вальтер А. К., Литвиненко С.

Влияние температуры на облучение каменной соли рентгеновскими лучами 370

Курчатов И. В., Костина Т. З., Русинов Л. И.

Контактные явления в карборундовых сопротивлениях

 388III. Сегнетоэлектрики

 388

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Диэлектрические свойства кристаллов сегнетовой соли 402

Курчатов И. В., Бернашевский В. И.

Некоторые электрические аномалии кристаллов сегнетовой соли 408

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Диэлектрические свойства сегнетовой соли 415

Курчатов И. В., Вальтер А. К., Синельников К. Д.

Исследование диэлектрической постоянной сегнетовой соли при коротких электрических импульсах 425

Курчатов И. В., Щепкин Г. Я.

Исследование диэлектрической постоянной сегнетовой соли в разных кристаллографических направлениях 428

Курчатов И. В., Еремеев М. А., Кобеко П. П., Курчатов Б. В.

Электрические свойства кристаллов сегнетовой соли с примесью NaRbC4H4O6 · 4Н2O и NaTlC4H4O6 · 4Н2O 434

Курчатов И. В., Курчатов Б. В.

Нижняя точка Кюри в сегнетоэлектриках 443

Курчатов И. В.

Зависимость поляризации от силы поля в сегнетоэлектриках вне области спонтанной ориентации 451

Курчатов И. В.

Сегнетова соль в области спонтанной ориентации 459

Курчатов И. В.

Униполярность поляризации в кристаллах сегнетовой соли 463

Курчатов И. В., Шакиров А. З.

Явление инверсии при поляризации сегнетоэлектриков 468

Курчатов И. В.

Сегнетоэлектрики

 527IV. Физика газового разряда. Прикладные исследования

 527

Курчатов И. В.

Электрический пробой газов. Критика ионизационной теории пробоя 539

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Работа Государственного физико-технического института по связи с производством на заводе «Красный Треугольник» 543

Курчатов И. В.

Результаты новых исследований процессов выключения в дуге переменного тока и их применения в конструкции выключателей. (Обзор работ конференции в Цюрихе) 548

Курчатов И. В.

Работы по физике газового разряда, доложенные на конференции в Наугейме, 20–24 сентября 1932 г. 555

Курчатов И. В.

Газовый разряд

 571Именной указатель

575Содержание

64 вкл. 1[Иллюстрации]

 

 

Обращаясь к сайту «История Росатома — Электронная библиотека»,
я соглашаюсь с условиями использования представленных там материалов.

Правила сайта (далее – Правила)

  1. Общие положения
    1. Настоящие правила определяют порядок и условия использования материалов, размещенных на сайте www.biblioatom.ru (далее именуется Сайт), а также правила использования материалов Сайтом и порядок взаимодействия с Администрацией Сайта.
    2. Любые материалы, размещенные на Сайте, являются объектами интеллектуальной собственности (объектами авторского права или смежных прав, а также прав на средства индивидуализации). Права Администрации Сайта на указанные материалы охраняются законодательством о правах на результаты интеллектуальной деятельности.
    3. Использование материалов, размещенных на Сайте, допускается только с письменного согласия Администрации Сайта или иного правообладателя, прямо указанного на конкретном материале, размещенном на Сайте, или в непосредственной близости от указанного материала.
    4. Права на использование и разрешение использования материалов, размещенных на Сайте, принадлежащих иным правообладателям, нежели Администрация Сайта, допускается с разрешения таких правообладателей или в соответствии с условиями, установленными такими правообладателями. Никакое из положений настоящих Правил не дает прав третьим лицам на использование материалов правообладателей, прямо указанных на конкретном материале, размещенном на Сайте, или в непосредственной близости от указанного материала.
    5. Настоящие Правила распространяют свое действие на следующих пользователей: информационные агентства, электронные и печатные средства массовой информации, любые физические и юридические лица, а также индивидуальные предприниматели (далее — «Пользователи»).
  2. Использование материалов. Виды использования
    1. Под использованием материалов Сайта понимается воспроизведение, распространение, публичный показ, сообщение в эфир, сообщение по кабелю, перевод, переработка, доведение до всеобщего сведения и иные способы использования, предусмотренные действующим законодательством Российской Федерации.
    2. Использование материалов Сайта без получения разрешения от Администрации Сайта не допустимо.
    3. Внесение каких-либо изменений и/или дополнений в материалы Сайта запрещено.
    4. Использование материалов Сайта осуществляется на основании договоров с Администрацией Сайта, заключенных в письменной форме, или на основании письменного разрешения, выданного Администрацией Сайта.
    5. Запрещается любое использование (бездоговорное/без разрешения) фото-, графических, видео-, аудио- и иных материалов, размещенных на Сайте, принадлежащих Администрации Сайта и иным правообладателям (третьим лицам).
    6. Стоимость использования каждого конкретного материала или выдача разрешения на его использование согласуется Пользователем и Администрацией Сайта в каждом конкретном случае.
    7. В случае необходимости использования материалов Сайта, права на которые принадлежат третьим лицам (иным правообладателям, нежели Администрация Сайта, о чем прямо указано на таких материалах либо в непосредственной близости от них), Пользователи обязаны обращаться к правообладателям таких материалов для получения разрешения на использование материалов.
  3. Обязанности Пользователей при использовании материалов Сайта
    1. 3.1. При использовании материалов Сайта в любых целях при наличии разрешения Администрации Сайта, ссылка на Сайт обязательна и осуществляется в следующем виде:
      1. в печатных изданиях или в иных формах на материальных носителях Пользователи обязаны в каждом случае использования материалов указать источник – электронная библиотека «История Росатома» (www. biblioatom.ru)
      2. в интернете или иных формах использования в электронном виде не на материальных носителях, Пользователи в каждом случае использования материалов обязаны разместить гиперссылку на Сайт — электронная библиотека «История Росатома» (www.biblioatom.ru), гиперссылка должна являться активной и прямой, при нажатии на которую Пользователь переходит на конкретную страницу Сайта, с которой заимствован материал.
      3. Ссылка на источник или гиперссылка, указанные в пп. 3.1.1 и 3.1.2. настоящих Правил, должны быть помещены Пользователем в начале используемого текстового материала, а также непосредственно под используемым аудио-, видео-, фотоматериалом, графическим материалом Администрации Сайта.
    2. Размеры шрифта ссылки на источник или гиперссылки не должны быть меньше размера шрифта текста, в котором используются материалы Сайта, либо размера шрифта текста Пользователя, сопровождающего аудио-, видео-, фотоматериалы и графические материалы Сайта, а также цвет ссылки должен быть идентичен цветам ссылок на Сайте и должен быть видимым Пользователю.
    3. Использование материалов с Сайта, полученных из вторичных источников (от иных правообладателей, нежели Администрация Сайта, о чем прямо указано на таких материалах либо в непосредственной близости от них), возможно только со ссылкой на эти источники и, в случае необходимости, установленной такими источниками (правообладателями), — с их разрешения.
    4. Не допускается переработка оригинального материала (произведения), взятого с Сайта, в том числе сокращение материала, иная его переработка, в том числе приводящая к искажению его смысла.
  4. Права на материалы третьих лиц, урегулирование претензий
    1. Материалы, права на которые принадлежат третьим лицам, размещенные на Сайте, размещены либо с разрешения правообладателя, полученного Администрацией Сайта, либо, в случае, если таковое использование прямо не запрещено правообладателем, в соответствии с Законодательством РФ в информационных целях с обязательным указанием имени автора, материал которого используется, и источника заимствования.
    2. В случае, если в обозначении авторства материалов в соответствии с п. 4.1. настоящих Правил содержится ошибка, или в случае использования материала с предполагаемым или реальным нарушением прав третьих лиц, или в иных спорных случаях использования объектов интеллектуальной собственности, размещенных на Сайте, в том числе в случае, когда права третьего лица тем или иным образом нарушаются с использованием Сайта, применяется следующая схема урегулирования претензий третьих лиц к Администрации Сайта:
      1. в адрес Администрации Сайта по электронной почте на адрес [email protected] направляется претензия, содержащая информацию об объекте интеллектуальной собственности, права на который принадлежат заявителю и который используется незаконно посредством Сайта или с нарушением правил использования, или иным образом права заявителя как обладателя исключительного права на объект интеллектуальной собственности, размещенный на Сайте, нарушены посредством Сайта, с приложением документов, подтверждающих правомочия заявителя, данные о правообладателе и копия доверенности на действия от лица правообладателя, если лицо, направляющее претензию, не является руководителем компании правообладателя или непосредственно физическим лицом — правообладателем. В претензии также указывается адрес страницы Сайта, которая содержит данные, нарушающие права, и излагается полное описание сути нарушения прав;
      2. Администрация Сайта обязуется рассмотреть надлежаще оформленную претензию в срок не менее 5 (пяти) рабочих дней с даты ее получения по электронной почте. Администрация Сайта обязуется уведомить заявителя о результатах рассмотрения его заявления (претензии) посредством отправки письма по электронной почте на адрес, указанный заявителем, а также направить ответ в письменном виде на адрес, указанный заявителем (в случае неуказания такового адреса отправки, обязательство по предоставлению письменного ответа на претензию с Администрации Сайта снимается). В том числе, Администрация Сайта вправе запросить дополнительные документы, свидетельства, данные, подтверждающие законность предъявляемой претензии. В случае признания претензии правомерной, Администрация Сайта примет все возможные меры, необходимые для прекращения нарушения прав заявителя и урегулирования претензии;
      3. Администрация Сайта в любом случае предпринимает все возможные меры к скорейшему удовлетворению обоснованных претензий третьих лиц и стремиться к максимально скорому урегулированию всех спорных вопросов.
  5. Прочие условия
    1. Администрация Сайта оставляет за собой право изменять настоящие Правила в одностороннем порядке в любое время без уведомления Пользователей. Любые изменения будут размещены на Сайте. Изменения вступают в силу с момента их опубликования на Сайте.
    2. По всем вопросам использования материалов Сайта Пользователи могут обращаться к Администрации Сайта по следующим координатам: [email protected]
    3. Во всем, что не урегулировано настоящими Правилами в отношении вопросов использования материалов на Сайте, стороны руководствуются положениями Законодательства РФ.

СогласенНе согласен

ГОСТ 21515-76 Материалы диэлектрические. Термины и определения / 21515 76

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

МАТЕРИАЛЫ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

Термины и определения

Dielectric materials.
Terms and definitions

ГОСТ
21515-72

Взамен
ГОСТ 17033-71
части терминологии
диэлектрических
материалов

Издание с Изменениями № 1, 2, утвержденными в январе 1982 г., мае 1982 г. (ИУС 5-82, 9-82).

Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 29.01.76 № 250 дата введения установлена

01.01.77

Ограничение срока действия снято Постановлением Госстандарта СССР от 25.12.81 № 5628

Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения основных понятий в области диэлектрических материалов.

Термины, установленные настоящим стандартом, обязательны для применения в документации всех видов, учебниках, учебных пособиях, технической и справочной литературе. Приведенные определения можно, при необходимости, изменять по форме изложения, не опуская нарушения границ понятий.

Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Применение терминов-синонимов стандартизованного термина запрещается.

Недопустимые к применению термины-синонимы приведены в стандарте в качестве справочных и обозначены «Ндп». Для отдельных стандартизованных терминов в стандарте приведены в качестве справочных их краткие формы, которые разрешается применять в случаях, исключающих возможность их различного толкования.

В случаях, когда существенные признаки понятия содержатся в буквальном значении термина, определение не приведено и, соответственно, в графе «Определение» поставлен прочерк.

В стандарте приведен алфавитный указатель содержащихся в нем терминов на русском языке. К стандарту дано приложение, содержащее виды электроизоляционных материалов. Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткие формы — светлым, а недопустимые синонимы — курсивом.

Термин

Определение

1. Диэлектрик

По ГОСТ 19880-74*

2. Диэлектрический материал

Материал, предназначенный для использования его диэлектрических свойств

3. Диэлектрические свойства

Ндп. Электроизоляционные свойства

Электроизолирующие свойства

Совокупность свойств диэлектрика, связанных с явлением поляризации.

Примечание. Диэлектрические свойства характеризуются такими параметрами, как диэлектрическая восприимчивость, абсолютная и относительная диэлектрическая проницаемость, угол диэлектрических потерь и т. д.

4. Активный диэлектрик

Диэлектрик, способный генерировать, преобразовывать или усиливать электрические сигналы в электрической цепи

5. Полярный диэлектрик

Диэлектрик, содержащий электрические диполи, способные к переориентации во внешнем электрическом поле

6. Неполярный диэлектрик

Диэлектрик, не содержащий способные к переориентации во внешнем электрическом поле электрические диполи

__________

* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 52002-2003 (здесь и далее).

7. Электрическая поляризация

По ГОСТ 19880-74

8. Электронная поляризация

Электрическая поляризация, обусловленная упругим смещением и деформацией электронных оболочек относительно ядер в диэлектрике

9. Ионная поляризация

Электрическая поляризация, обусловленная упругим смещением разноименно заряженных ионов относительно положения равновесия в диэлектрике

10. Дипольная поляризация

Ндп. Ориентационная поляризация

Релаксационная поляризация

Тепловая поляризация

Электрическая поляризация, обусловленная преимущественной ориентацией электрических моментов диполей в одном направлении в диэлектрике

11. Миграционная поляризация

Ндп. Междуслойная поляризация

Высоковольтная поляризация

Электрическая поляризация неоднородного диэлектрика, обусловленная перераспределением свободных зарядов в его объеме

12. Спонтанная поляризация

Электрическая поляризация, возникающая в диэлектрике самопроизвольно, без внешних воздействий

13. Доменная поляризация

Ндп. Спонтанная поляризация

Электрическая поляризация сегнетоэлектрика, обусловленная преимущественной ориентацией доменов в одном направлении

14. Пьезоэлектрическая поляризация

Электрическая поляризация, возникающая в диэлектрике под действием механических напряжений

15. Остаточная поляризация

Электрическая поляризация, сохраняющаяся после прекращения внешних воздействий на диэлектрик

16. Деполяризация

Процесс устранения остаточной поляризации диэлектрика

17. Переполяризация

Изменение направления поляризованности диэлектрика

18. Диэлектрическая дисперсия

Дисперсия

Явление изменения относительной диэлектрической проницаемости при изменении частоты приложенного электрического поля

19. Релаксационная диэлектрическая дисперсия

Диэлектрическая дисперсия, при которой относительная диэлектрическая проницаемость монотонно снижается с ростом частоты

20. Резонансная диэлектрическая дисперсия

Диэлектрическая дисперсия, при которой в частотной характеристике относительной диэлектрической проницаемости имеются как участки понижения, так и участки повышения

21. Поле Лоренца

Ндп. Локальное поле

Внутреннее поле

Суммарное локальное электрическое поле, действующее на частицу в диэлектрике и обусловленное внешним полем и полем поляризованного диэлектрика

22. Пробой

Ндп. Диэлектрический пробой

Явление образования в диэлектрике проводящего канала под действием электрического поля

23. Неполный пробой

Пробой, при котором проводящий канал не достигает хотя бы одного из электродов

24. Частичный разряд диэлектрика

Пробой газового или жидкого включения диэлектрика

25. Тепловой пробой

Пробой, обусловленный нарушением теплового равновесия диэлектрика вследствие диэлектрических потерь

26. Электрохимический пробой

Пробой, обусловленный химическими процессами, приводящими к изменениям в диэлектрике под действием электрического поля

27. Электрический пробой

Пробой, обусловленный ударной ионизацией или разрывом связей между частицами диэлектрика непосредственно под действием электрического поля

28. Ионизационный пробой

Пробой, обусловленный ионизационными процессами вследствие частичных разрядов диэлектрика

29. Электромеханический пробой

Пробой, обусловленный повреждением диэлектрика механическими напряжениями, возникающими под действием электрического поля

30. Поверхностный пробой

Ндп. Перекрытие

Пробой твердого диэлектрика по его поверхности в газе или в жидкости

31. Трекинг диэлектрика

Трекинг

Связанное с образованием проводящих следов повреждение поверхности твердого диэлектрика поверхностным пробоем

32. Абсолютная диэлектрическая проницаемость

По ГОСТ 19880-74

33. Комплексная абсолютная диэлектрическая проницаемость

Величина, равная отношению комплексной амплитуды электрического смещения к амплитуде напряженности воздействующего синусоидального электрического поля.

Примечание. Для анизотропных диэлектриков комплексная диэлектрическая проницаемость — тензор второго ранга, компоненты которого равны отношениям компонент электрического смещения к напряженности электрического поля

34. Относительная диэлектрическая проницаемость

По ГОСТ 19880-74

35. Комплексная относительная диэлектрическая проницаемость

Величина, равная отношению комплексной абсолютной диэлектрической проницаемости к электрической постоянной.

Примечание. Электрическая постоянная — по ГОСТ 19880-74

36. Начальная относительная диэлектрическая проницаемость

Относительная диэлектрическая проницаемость при амплитуде напряженности электрического поля, стремящейся к нулю

37. Реверсивная относительная диэлектрическая проницаемость

Относительная диэлектрическая проницаемость в переменном электрическом поле при одновременном наложении постоянного или медленно меняющегося электрического поля

38. Дифференциальная диэлектрическая проницаемость

Величина, равная производной электрического смещения по напряженности внешнего электрического поля

39. Эффективная диэлектрическая проницаемость

Величина, равная отношению эффективных значений плотности тока к напряженности электрического поля, деленному на частоту этого поля

40. Поляризуемость частицы диэлектрика

Величина, характеризующая способность частицы диэлектрика к электрической поляризации и равная отношению электрического момента частицы, индуцированного действующим на нее электрическим полем, к напряженности этого поля

41. Частота диэлектрической дисперсии

Частота воздействующего на диэлектрик электрического поля, при которой абсолютное значение производной относительной диэлектрической проницаемости по частоте максимально

42. Частота релаксационной диэлектрической дисперсии

_

43. Частота резонансной диэлектрической дисперсии

Ндп. Частота диэлектрического резонанса

_

44. Глубина диэлектрической дисперсии

Ндп. Сила осциллятора

Величина, равная разности значений относительной диэлектрической проницаемости на частотах, соответствующих началу и окончанию диэлектрической дисперсии

45. Ширина диэлектрической дисперсии

Величина, равная разности частот, при которых коэффициент диэлектрических потерь равен половине своего максимального значения

46. Фактор Лорентца

Величина, равная отношению составляющей напряженности поля Лорентца, обусловленной поляризацией диэлектрика, к его поляризованности.

Примечание. В анизотропных средах фактор Лорентца — тензор второго ранга, компоненты которого равны отношению компонент разности векторов напряженности поля Лорентца и напряженности внешнего поля к компонентам поляризованности

47. Ток утечки диэлектрика

Ток утечки

Ток в диэлектрике, обусловленный приложением не изменяющегося во времени электрического напряжения

48. Сквозной ток диэлектрика

Сквозной ток

Постоянная составляющая тока утечки диэлектрика

49. Объемный сквозной ток диэлектрика

Объемный ток

Сквозной ток через объем диэлектрика

50. Поверхностный сквозной ток диэлектрика

Поверхностный ток

Сквозной ток по поверхности твердого диэлектрика, соприкасающейся с газообразным или жидким диэлектриком

51. Ток абсорбции диэлектрика

Ток абсорбции

Ток, обусловленный перераспределением свободных зарядов в объеме диэлектрика

52. Термостимулированный ток диэлектрика

Ндп. Ток термодеполяризации

Ток терморазряда

Ток, генерируемый диэлектриком при его нагревании

53. Фотостимулированный ток диэлектрика

Ндп. Ток фотодеполяризации

Ток фоторазряда

Ток, генерируемый диэлектриком при его освещении

54. Объемная электрическая проводимость диэлектрика

Объемная проводимость

Ндп. Объемная электропроводность

Электрическая проводимость диэлектрика, равная отношению объемного сквозного тока к приложенному напряжению

55. Поверхностная электрическая проводимость диэлектрика

Поверхностная проводимость

Ндп. Поверхностная электропроводность

Электрическая проводимость диэлектрика, равная отношению поверхностного сквозного тока к приложенному напряжению

56. Объемное электрическое сопротивление диэлектрика

Объемное сопротивление

Величина, обратная объемной электрической проводимости диэлектрика

57. Поверхностное электрическое сопротивление диэлектрика

Поверхностное сопротивление

Величина, обратная поверхностной электрической проводимости диэлектрика

58. Удельное объемное сопротивление диэлектрика

Удельное сопротивление

По ГОСТ 19880-74

59. Удельное поверхностное электрическое сопротивление диэлектрика

Удельное поверхностное сопротивление

Поверхностное сопротивление плоского участка поверхности твердого диэлектрика в форме квадрата при протекании электрического тока между двумя противоположными сторонами этого квадрата

60. Диэлектрические потери

Потери

Мощность, выделяющаяся в диэлектрике при воздействии на него электрического поля

61. Диэлектрические потери на электропроводность

Часть диэлектрических потерь, обусловленная сквозным током диэлектрика

62. Ионизационные диэлектрические потери

Часть диэлектрических потерь, обусловленная ионизацией диэлектрика в электрическом поле

63. Релаксационные диэлектрические потери

Часть диэлектрических потерь, обусловленная релаксационной диэлектрической дисперсией

64. Резонансные диэлектрические потери

Часть диэлектрических потерь, обусловленная резонансной диэлектрической дисперсией

65. Гистерезисные диэлектрические потери

Часть диэлектрических потерь, обусловленная переориентацией доменов диэлектрика

66. Удельные диэлектрические потери

Диэлектрические потери, приходящиеся на единицу объема диэлектрика

67. Угол диэлектрических потерь

Угол потерь

Угол между векторами плотностей переменного тока проводимости и тока смещения диэлектрика на комплексной плоскости

68. Тангенс угла диэлектрических потерь

_

69. Коэффициент диэлектрических потерь

Величина, равная произведению относительной диэлектрической проницаемости на тангенс угла диэлектрических потерь

70. Пробивное напряжение диэлектрика

Минимальное, приложенное к диэлектрику электрическое напряжение, приводящее к его пробою

71. Статическое пробивное напряжение диэлектрика

Пробивное напряжение при медленном увеличении приложенного к диэлектрику напряжения

72. Импульсное пробивное напряжение диэлектрика

Пробивное напряжение при воздействии на диэлектрик импульсов электрического напряжения

73. Коэффициент запаса электрической прочности диэлектрика

Величина, равная отношению пробивного напряжения диэлектрика к номинальному значению электрического напряжения

74. Электрическая прочность диэлектрика

Ндп. Пробивная напряженность

Диэлектрическая прочность

Удельное пробивное напряжение

Минимальная напряженность однородного электрического поля, приводящая к пробою диэлектрика

75. Поверхностное пробивное напряжение диэлектрика

Ндп. Напряжение перекрытия

Пробивное напряжение диэлектрика, при котором происходит его поверхностный пробой

76. Коэффициент импульса пробивного напряжения диэлектрика

Коэффициент импульса

Отношение импульсного пробивного напряжения диэлектрика к его статическому пробивному напряжению

77. Диаграмма Коул-Коула

Графическое изображение зависимости мнимой составляющей комплексной относительной диэлектрической проницаемости от действительной при различных частотах

78. Кривая ионизации диэлектрика

Кривая ионизации

Графическое изображение зависимости тангенса угла диэлектрических потерь от напряжения, приложенного к диэлектрику, при постепенном возрастании этого напряжения

79. Нагревостойкость диэлектрика

Ндп. Теплостойкость

Температуростойкостъ

Термостойкость

Термическая устойчивость

Термостабилъностъ

Способность диэлектрика выдерживать воздействие повышенной температуры в течение времени, сравнимого со сроком нормальной эксплуатации, без недопустимого ухудшения его свойств.

Примечание. В зависимости от значений допустимых в эксплуатации температур, диэлектрики различают по классам нагревостойкости

80. Стойкость к термоударам

Ндп. Стойкость к тепловым ударам

Термостойкость

Динамическая нагревостойкость

Способность диэлектрика выдерживать резкие смены температуры без недопустимого ухудшения его свойств

81. Холодостойкость диэлектрика

Ндп. Морозостойкость

Хладостойкостъ

Способность диэлектрика выдерживать воздействие низких температур без недопустимого ухудшения его свойств

82. Дугостойкость диэлектрика

Способность диэлектрика выдерживать воздействие электрической дуги без недопустимого ухудшения его свойств

83. Химостойкость диэлектрика

Способность диэлектрика выдерживать воздействие химически активных веществ без недопустимого ухудшения его свойств

84. Радиационная стойкость диэлектрика

Ндп. Радиационная устойчивость

Способность диэлектрика выдерживать воздействие ионизирующего излучения без недопустимого ухудшения его свойств

85. Короностойкость диэлектрика

Ндп. Короноустойчивостъ

Способность диэлектрика выдерживать воздействие коронного разряда без недопустимого ухудшения его свойств

86. Трекингостойкость диэлектрика

Способность диэлектрика выдерживать воздействие поверхностных пробоев без трекинга

87. Влагостойкость диэлектрика

Способность диэлектрика выдерживать воздействие атмосферы, близкой к состоянию насыщения водяным паром, без недопустимого ухудшения его свойств

88. Водостойкость диэлектрика

Ндп. Водоустойчивость

Способность диэлектрика выдерживать воздействие водной среды без недопустимого ухудшения его свойств

89. Водопоглощение диэлектрика

Ндп. Водопоглощаемостъ

Влагопоглощение

Влагопоглощаемостъ

Количество воды, поглощаемое диэлектриком в водной среде

90. Тропикостойкость диэлектрика

Ндп. Тропикоустойчивостъ

Способность диэлектрика выдерживать воздействие тропического климата без недопустимого ухудшения его свойств

91. Плесенестойкость диэлектрика

Ндп. Грибостойкостъ

Грибоустойчивостъ

Способность диэлектрика выдерживать воздействие грибковой плесени без недопустимого ухудшения его свойств

92. Влагопоглощение диэлектрика

Ндп. Влагопоглощаемостъ

Количество влаги, поглощаемое диэлектриком в атмосфере заданной влажности

93. Старение диэлектрика

Старение

Ндп. Остаривание

Необратимое ухудшение свойств диэлектрика со временем

94. Нормализация диэлектрика

Процесс выдержки диэлектрика в нормальных условиях с целью стабилизации его свойств

95. Кондиционирование диэлектрика

Процесс выдержки диэлектрика в определенных условиях, отличных от нормальных, с целью стабилизации его свойств

96. Сегнетоэлектрик

Ндп. Ферроэлектрик

Диэлектрик, обладающий спонтанной поляризацией, направление которой может быть изменено внешними воздействиями

97. Ионный сегнетоэлектрик

Ндп. Сегнетоэлектрик типа смещения

Сегнетоэлектрик, спонтанная поляризация которого является следствием смещения ионов кристаллической решетки из положений равновесия, в которых дипольный момент равен нулю

98. Дипольный сегнетоэлектрик

Ндп. Полярный сегнетоэлектрик

Сегнетоэлектрик типа порядок — беспорядок

Сегнетоэлектрик, спонтанная поляризация которого является следствием упорядочения в ориентации электрических диполей

99. Несобственный сегнетоэлектрик

Ндп. Сегнетоэластик

Ферроэластик

Сегнетоэлектрик, спонтанная поляризация которого не является следствием коллективного взаимодействия диполей

100. Сегнетоэластик

Ндп. Ферроэластик

Диэлектрик, в котором самопроизвольно возникает деформация, знак которой может быть изменен внешними воздействиями

101. Антисегнетоэлектрик

Диэлектрик, обладающий сочетанием упорядоченных электрической и магнитной дипольных структур

102. Сегнетомагнетик

Диэлектрик, самопроизвольно переходящий при определенной температуре в такое состояние с упорядоченным распределением диполей, что спонтанная поляризованность остается равной нулю.

Примечание. Различают ионные, дипольные и несобственные антисегнетоэлектрики

103. Сегнетоэлектрик-полупроводник

_

104. Сегнетоэлектрический материал

Материал, предназначенный для использования его сегнетоэлектрических свойств.

Примечания:

1. В зависимости от структуры материала различают сегнетоэлектрические монокристаллы, сегнетокерамику, сегнетоситаллы

2. В зависимости от значения коэрцитивной силы сегнетоэлектрика различают сегнетомягкие и сегнетотвердые материалы

105. Сегнетоэлектрический фазовый переход

Сегнетоэлектрический переход

Обратимый фазовый переход из параэлектрического в сегнето- или антисегнетоэлектрическое состояние

106. Сегнетоэлектрический фазовый переход типа смещения

Переход типа смещения

Сегнетоэлектрический фазовый переход, сопровождающийся смещением ионов из положений равновесия

107. Сегнетоэлектрический фазовый переход типа порядок — беспорядок

Переход типа порядок — беспорядок

Сегнетоэлектрический фазовый переход, сопровождающийся упорядочением диполей

108. Сегнетоэлектрическая точка Кюри

Ндп. Температура Кюри-Вейсса

Температура сегнетоэлектрического фазового перехода

109. Диэлектрический гистерезис

Неоднозначная зависимость поляризованности диэлектрика от напряженности внешнего электрического поля при изменении последнего

110. Петля диэлектрического гистерезиса

Ндп. Цикл диэлектрического гистерезиса

Замкнутая кривая, выражающая зависимость поляризованности или электрического смещения диэлектрика от напряженности внешнего электрического поля при его периодическом изменении

111. Поляризованность насыщения сегнетоэлектрика

Ндп. Поляризация насыщения

Наибольшее значение поляризованности сегнетоэлектрика, соответствующее началу участка насыщения.

Примечание. Участок насыщения — часть петли диэлектрического гистерезиса, где две ее ветви сходятся вместе

112. Коэффициент прямоугольности петли гистерезиса сегнетоэлектрика

Коэффициент прямоугольности

Отношение остаточной поляризованности к поляризованности насыщения сегнетоэлектрика

113. Сегнетоэлектрический домен

Домен

Область в сегнето- или антисегнетоэлектрике, имеющая пространственно-однородное упорядочение дипольных моментов элементарных кристаллических ячеек

114. Коэрцитивная сила сегнетоэлектрика

Ндп. Коэрцитивное поле

Напряженность электрического или магнитного поля, или механическое напряжение, необходимая(ое) для переориентации сегнетоэлектрических доменов

115. Сегнетоэлектрическое старение

Самопроизвольное изменение свойств сегнетоэлектриков во времени, обратимое внешними воздействиями.

Примечание. Внешними воздействиями могут быть: температура выше сегнетоэлектрической точки Кюри, переменное электрическое поле, механическое напряжение и т. д.

116. Нелинейный диэлектрик

Диэлектрик, поляризованность которого нелинейно зависит от напряженности электрического поля

117. Нелинейность диэлектрика

Изменение относительной диэлектрической проницаемости нелинейного диэлектрика при изменении напряженности электрического поля

118. Эффективная нелинейность диэлектрика

Нелинейность диэлектрика, характеризующаяся изменением его эффективной диэлектрической проницаемости в зависимости от амплитуды напряженности электрического поля

119. Коэффициент нелинейности диэлектрика

Коэффициент нелинейности

Отношение максимального к минимальному значению относительной диэлектрической проницаемости нелинейного диэлектрика в зависимости от напряженности электрического поля

120. Коэффициент качества нелинейного диэлектрика

Отношение коэффициента нелинейности диэлектрика к среднему значению коэффициента диэлектрических потерь за период изменения напряженности электрического поля

121. Параэлектрик

Нелинейный диэлектрик, не обладающий спонтанной поляризацией, относительная диэлектрическая проницаемость которого уменьшается с ростом температуры

122. Реверсивная нелинейность диэлектрика

Нелинейность диэлектрика, характеризующаяся изменением его реверсивной относительной диэлектрической проницаемости в зависимости от постоянного или медленно меняющегося электрического поля

123. Динамическая нелинейность диэлектрика

Нелинейность диэлектрика, характеризующаяся изменением его дифференциальной диэлектрической проницаемости в зависимости от мгновенной напряженности переменного электрического поля

124. Пьезоэлектрик

Диэлектрик, обладающий пьезоэлектрическим эффектом.

Примечание. Пьезоэлектрический эффект — явление поляризации диэлектрика под воздействием механических напряжений (прямой пьезоэффект), или явление деформации диэлектрика под воздействием электрического поля, линейно зависящей от напряженности этого поля (обратный пьезоэффект)

125. Пьезоэлектрический материал

Материал, предназначенный для использования его пьезоэлектрических свойств.

Примечание. Различают пьезокерамику, пьезокварц и другие пьезоэлектрические кристаллы

126. Пьезоэлектрик - полупроводник

_

127. Пироэлектрик

Диэлектрик, обладающий пироэлектрическим эффектом.

Примечание. Пироэлектрический эффект — явление возникновения электрических зарядов на поверхности диэлектрика при изменении его температуры

128. Пироэлектрический материал

Материал, предназначенный для использования его пироэлектрических свойств

129. Пирокоэффициент

Отношение изменения поляризованности диэлектрика к вызвавшему это изменение интервалу температуры

130. Электрооптический материал

Материал, предназначенный для использования электрооптического эффекта.

Примечание. Электрооптический эффект — явление изменения комплексной диэлектрической проницаемости в оптическом диапазоне под действием электрического поля

131. Электрет

Диэлектрик, длительно создающий в окружающем пространстве электростатическое поле за счет предварительной электризации или поляризации

132. Моноэлектрет

Электрет, имеющий во всем объеме заряд одного знака

133. Механоэлектрет

Ндп. Трибоэлектрет

Электрет, получаемый под действием механических напряжений

134. Радиоэлектрет

Ндп. Псевдоэлектрет

Электрет, получаемый под действием на диэлектрик ускоренных заряженных частиц или ионизирующего излучения

135. Термоэлектрет

Электрет, получаемый воздействием на диэлектрик в нагретом состоянии электрического поля с последующим охлаждением в этом поле

136. Электроэлектрет

Электрет, получаемый воздействием на диэлектрик электрического поля без нагрева

137. Трибоэлектрет

Ндп. Механоэлектрет

Электрет, получаемый при трении или контактировании образца диэлектрика с другим телом

138. Фотоэлектрет

Электрет, получаемый одновременным воздействием на диэлектрик электромагнитного излучения и электрического поля

139. Гомозаряд электрета

Гомозаряд

Заряд электрета, знак которого совпадает со знаком заряда формирующего напряжения на прилегающем электроде

140. Гетерозаряд электрета

Гетерозаряд

Заряд электрета, знак которого противоположен знаку заряда формирующего напряжения на прилегающем электроде

141. Стабилизированный заряд электрета

Стабилизированный заряд

Установившееся после изготовления значение заряда электрета

142. Время стабилизации электрета

Интервал времени, в течение которого устанавливается стабилизированный заряд электрета

143. Время жизни электрета

Интервал времени, в течение которого значение стабилизированного заряда уменьшается в е раз.

Примечание: е — основание натуральных логарифмов

144. Электретный материал

Материал, предназначенный для использования его электретных свойств

(Измененная редакция, Изм. № 2).

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ТЕРМИНОВ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ

Антисегнетоэлектрик

101

Влагопоглощение

89

Влагопоглощение диэлектрика

92

Влагостойкость диэлектрика

87

Водопоглощаемостъ

89

Водопоглощение диэлектрика

89

Водостойкость диэлектрика

88

Влагопоглощаемостъ

89, 92

Водоустойчивость

88

Время жизни электрета

143

Время стабилизации электрета

142

Гетерозаряд

140

Гетерозаряд электрета

140

Гистерезис диэлектрический

109

Глубина диэлектрической дисперсии

44

Гомозаряд

139

Гомозаряд электрета

139

Грибостойкость

91

Грибоустойчивость

91

Деполяризация

16

Диаграмма Коул-Коула

77

Дисперсия

18

Дисперсия диэлектрическая

18

Дисперсия диэлектрическая резонансная

20

Дисперсия диэлектрическая релаксационная

19

Диэлектрик

1

Диэлектрик активный

4

Диэлектрик нейтральный

6

Диэлектрик нелинейный

116

Диэлектрик неполярный

6

Диэлектрик полярный

5

Домен

113

Домен сегнетоэлектрический

113

Дугостойкость диэлектрика

82

Заряд стабилизированный

141

Заряд электрета стабилизированный

141

Кондиционирование диэлектрика

95

Короностойкость диэлектрика

85

Короноустойчивость

85

Коэффициент диэлектрических потерь

69

Коэффициент запаса электрической прочности диэлектрика

73

Коэффициент импульса

76

Коэффициент импульса пробивного напряжения диэлектрика

76

Коэффициент качества нелинейного диэлектрика

120

Коэффициент нелинейности

119

Коэффициент нелинейности диэлектрика

119

Коэффициент прямоугольности

112

Коэффициент прямоугольности петли гистерезиса сегнетоэлектрика

112

Кривая ионизации

78

Кривая ионизации диэлектрика

78

Материал диэлектрический

2

Материал пироэлектрический

128

Материал пьезоэлектрический

125

Материал сегнетоэлектрический

104

Материал электрооптический

130

Материал электретный

144

Механоэлектрет

133

Механоэлектрет

137

Моноэлектрет

132

Морозостойкость

81

Нагревостойкость динамическая

80

Нагревостойкость диэлектрика

79

Напряжение диэлектрика пробивное

70

Напряжение диэлектрика пробивное импульсное

72

Напряжение диэлектрика пробивное поверхностное

75

Напряжение диэлектрика пробивное статическое

71

Напряжение перекрытия

75

Напряжение пробивное удельное

74

Напряженность пробивная

74

Нелинейность диэлектрика

117

Нелинейность диэлектрика динамическая

123

Нелинейность диэлектрика реверсивная

122

Нелинейность диэлектрика эффективная

118

Нормализация диэлектрика

94

Остаривание

93

Параэлектрик

121

Перекрытие

30

Переполяризация

17

Переход сегнетоэлектрический

105

Переход типа порядок-беспорядок

107

Переход типа порядок-беспорядок фазовый сегнетоэлектрический

107

Переход типа смещения

106

Переход типа смещения фазовый сегнетоэлектрический

106

Переход фазовый сегнетоэлектрический

105

Петля диэлектрического гистерезиса

110

Пирокоэффициент

129

Пироэлектрик

127

Плесенестойкость диэлектрика

91

Поле внутреннее

21

Поле коэрцитивное

114

Поле локальное

21

Поле Лорентца

21

Поляризация высоковольтная

11

Поляризация дипольная

10

Поляризация доменная

13

Поляризация ионная

9

Поляризация междуслойная

11

Поляризация миграционная

11

Поляризация насыщения

111

Поляризация ориентационная

10

Поляризация остаточная

15

Поляризация пьезоэлектрическая

14

Поляризация релаксационная

10

Поляризация спонтанная

12

Поляризация спонтанная

13

Поляризация тепловая

10

Поляризация электрическая

7

Поляризация электронная

8

Поляризованность насыщения сегнетоэлектрика

111

Поляризуемость частицы диэлектрика

40

Потери

60

Потери диэлектрические

60

Потери диэлектрические гистерезисные

65

Потери диэлектрические ионизационные

62

Потери диэлектрические резонансные

64

Потери диэлектрические релаксационные

63

Потери диэлектрические удельные

66

Потери на электропроводность диэлектрические

61

Пробой

22

Пробой диэлектрический

22

Пробой ионизационный

28

Пробой неполный

23

Пробой поверхностный

30

Пробой тепловой

25

Пробой электрический

27

Пробой электромеханический

29

Пробой электрохимический

26

Проводимость диэлектрика электрическая объемная

54

Проводимость диэлектрика электрическая поверхностная

55

Проводимость объемная

54

Проводимость поверхностная

55

Прочность диэлектрика электрическая

74

Прочность диэлектрическая

74

Псевдоэлектрет

134

Пьезоэлектрик

124

Пьезоэлектрик-полупроводник

126

Проницаемость диэлектрическая абсолютная

32

Проницаемость диэлектрическая абсолютная комплексная

33

Проницаемость диэлектрическая дифференциальная

38

Проницаемость диэлектрическая относительная

34

Проницаемость диэлектрическая относительная начальная

36

Проницаемость диэлектрическая относительная комплексная

35

Проницаемость диэлектрическая относительная реверсивная

37

Проницаемость диэлектрическая эффективная

39

Радиоэлектрет

134

Разряд диэлектрика частичный

24

Свойства диэлектрические

3

Свойства электроизолирующие

3

Свойства электроизоляционные

3

Сегнетомагнетик

102

Сегнетоэластик

99

Сегнетоэластик

40

Сегнетоэлектрик

96

Сегнетоэлектрик-полупроводник

103

Сегнетоэлектрик дипольный

98

Сегнетоэлектрик ионный

97

Сегнетоэлектрик несобственный

99

Сегнетоэлектрик полярный

98

Сегнетоэлектрик типа порядок-беспорядок

98

Сегнетоэлектрик типа смещения

97

Сила осциллятора

44

Сила сегнетоэлектрика коэрцитивная

114

Сопротивление диэлектрика объемное удельное

58

Сопротивление диэлектрика электрическое объемное

56

Сопротивление диэлектрика электрическое поверхностное

57

Сопротивление диэлектрика электрическое поверхностное удельное

59

Сопротивление объемное

56

Сопротивление поверхностное

57

Сопротивление поверхностное удельное

59

Сопротивление удельное

58

Старение

93

Старение диэлектрика

93

Старение сегнетоэлектрическое

115

Стойкость диэлектрика радиационная

84

Стойкость к термоударам

80

Стойкость к тепловым ударам

80

Тангенс угла диэлектрических потерь

68

Теплостойкость

79

Температура Кюри-Вейсса

108

Температуростойкостъ

79

Термостойкость

79, 80

Термостабильность

79

Термоэлектрет

135

Ток абсорбции

51

Ток абсорбции диэлектрика

51

Ток диэлектрика сквозной

48

Ток диэлектрика сквозной объемный

49

Ток диэлектрика сквозной поверхностный

50

Ток диэлектрика термостимулированный

52

Ток диэлектрика фотостимутированный

53

Ток объемный

49

Ток поверхностный

50

Ток сквозной

48

Ток термополяризации

52

Ток терморазряда

52

Ток утечки

47

Ток утечки диэлектрика

47

Ток фотодеполяризации

53

Ток фоторазряда

53

Точка Кюри сегнетоэлектрическая

108

Трекинг

31

Тренинг диэлектрика

31

Трекингостойкость диэлектрика

86

Трибоэлектрет

133

Трибоэлектрет

137

Тропикостойкость диэлектрика

90

Тропикоустойчивость

90

Угол диэлектрических потерь

67

Угол потерь

67

Устойчивость радиационная

84

Устойчивость термическая

79

Фактор Лорентца

46

Ферроэластик

99, 100

Ферроэлектрик

96

Фотоэлектрет

138

Химостойкость диэлектрика

83

Хладостойкость

81

Холодостойкость диэлектрика

81

Цикл диэлетрического гистерезиса

110

Частота диэлектрической дисперсии

41

Частота диэлектрического резонанса

43

Частота резонансной диэлектрической дисперсии

43

Частота релаксационной диэлектрической дисперсии

42

Ширина диэлектрической дисперсии

45

Электрет

131

Электропроводимость объемная

54

Электропроводность поверхностная

55

Электроэлектрет

136

(Измененная редакция, Изм. № 2).

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ТЕРМИНОВ НА НЕМЕЦКОМ ЯЗЫКЕ

(Исключен, Изм. № 2).

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ТЕРМИНОВ НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ

(Исключен, Изм. № 2).

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ТЕРМИНОВ НА ФРАНЦУЗСКОМ ЯЗЫКЕ

(Исключен, Изм. № 2).

Справочное

Термин

Определение

1. Электрическая изоляция

Изоляция

Часть электротехнического устройства, электрически разделяющая его узлы и (или) детали

2. Электроизоляционный материал

Диэлектрический материал, предназначенный для электрической изоляции

3. Электроизоляционный слоистый пластик

Электроизоляционный материал, состоящий из слоев волокнистого наполнителя, связанных термореактивным связующим

4. Листовой электроизоляционный слоистый пластик

Электроизоляционный слоистый пластик, изготовленный в виде листов.

Примечание. В зависимости от вида волокнистого наполнителя различают гетинакс, текстолит, асботекстолит, асбогетинакс, стеклотекстолит

5. Фасонный электроизоляционный слоистый пластик

Электроизоляционный слоистый пластик, изготовленный в виде различных форм поперечного сечения - стержней, трубок, цилиндров

6. Электроизоляционный фольгированный материал

Ндп. Фолъгированный диэлектрик

Листовой или рулонный электроизоляционный материал, облицованный с одной или двух сторон металлической фольгой

7. Слюдосодержащий электроизоляционный материал

Листовой или рулонный электроизоляционный материал, состоящий из пластин щипаной слюды или слоев слюдяной бумаги, склееных связующим веществом

8. Слюдяная электроизоляционная бумага

Электроизоляционный материал, состоящий из мелких частиц слюды.

Примечание. В зависимости от способа изготовления различают слюдинитовую и слюдопластовую бумаги

9. Миканит

Слюдосодержащий электроизоляционный материал на основе пластин щипаной слюды.

Примечание. По назначению различают коллекторный, прокладочный, формовочный, гибкий и ленточный миканит

10. Слюдинит

Слюдосодержащий электроизоляционный материал на основе слюдинитовой бумаги.

Примечание. По назначению различают коллекторный, формовочный гибкий и ленточный слюдинит

11. Слюдопласт

Слюдосодержащий электроизоляционный материал на основе слюдопластовой бумаги.

Примечание. По назначению различают коллекторный, прокладочный, формовочный, гибкий и ленточный слюдопласт

12. Пленкосодержащий электроизоляционный материал

Листовой или рулонный электроизоляционный материал, состоящий из полимерной пленки, склеенной с различными электроизоляционными бумагами, тканями, картонами и другими гибкими материалами

13. Гибкая электроизоляционная трубка

Цилиндрический полый гибкий электроизоляционный материал.

Примечание. По способу изготовления и назначению различают лакированные, эластомерные, пластмассовые и термоусаживаемые гибкие электроизоляционные трубки

14. Электроизоляционный лак

Раствор пленкообразующих в органических растворителях, образующих после удаления растворителя и высыхания однородную пленку, обладающую электроизоляционными свойствами.

Примечания:

1. По механизму пленкообразования различают лаки термопластичные и термореактивные.

2. По режиму сушки различают лаки естественной и горячей сушки.

3. По назначению различают лаки пропиточные, клеящие и покрывные

15. Электроизоляционный компаунд

Порошкообразный, высоковязкий или жидкий состав без растворителя, применяемый для напыления, заливки или пропитки электроизоляционных материалов, деталей и узлов электрооборудования.

Примечания:

1. По составу различают компаунды термопластичные и термореактивные.

2. По режиму отверждения различают компаунды естественного и горячего отверждения

16. Электроизоляционная лакоткань

Рулонный электроизоляционный материал, состоящий из ткани, пропитанной электроизоляционным лаком.

Примечание. По виду применяемой ткани различают лакоткани хлопчатобумажные, шелковые, стеклолакоткани и резиностеклоткани

17. Электроизоляционный препрег

Гибкий электроизоляционный материал, состоящий из волокнистой основы и частично отвержденного термореактивного связующего.

Примечание. По способу переразработки различают препреги обмоточные и формовочные

18. Электроизоляционный пресс-материал

Электроизоляционный материал в виде порошка, гранул или рыхлых пучков, состоящих из волокнистого наполнителя и частично отвержденного термореактивного связующего

19. График нагревостойкости электроизоляционного материала

Графическое изображение зависимости логарифма срока службы электроизоляционного материала от обратного значения абсолютной температуры

20. Температурный индекс электроизоляционного материала

Показатель нагревостойкости электроизоляционного материала, выражаемый числом, соответствующим температуре, полученной экстраполяцией из графика нагревостойкости, при которой срок службы равен 20000 ч

21. Диапазон нагревостойкости электроизоляционного материала

Параметр нагревостойкости электроизоляционного материала, выражаемый двумя числами, значения которых соответствуют температурам, взятым из графика нагревостойкости, при которых срок службы равен 20000 ч и 5000 ч

ПРИЛОЖЕНИЕ. (Измененная редакция, Изм. № 1).

СОДЕРЖАНИЕ

Общие понятия. 1

Процессы и состояния. 2

Общие характеристики и параметры диэлектриков. 3

Характеристики диэлектрика по отношению к внешним воздействиям.. 5

Виды, характеристики и параметры сегнетоэлектрика. 6

Характеристика и параметры нелинейного диэлектрика. 7

Характеристики к параметры пьезоэлектриков. 8

Характеристики и параметры пироэлектрических и электрооптических материалов. 8

Виды, характеристики и параметры электрета. 8

Приложение Виды электроизоляционных материалов. 13

 

Диэлектрические свойства полимеров для медных кабелей связи


КПП и аксессуары

Диэлектрические свойства полимеров для медных кабелей связи

01.08.2009 11:00

Просмотров: 7620

КАБЕЛЬ-news №6-7, 2009

Производство

Авторы и источники / Правообладателям

Развитие систем связи и кабелей связи, как комплектующих изделий для этих систем, характеризуется сегодня скачкообразным увеличением скоростей передачи цифровой информации.

Для наглядности рассмотрим историю развития систем связи для локальных сетей. Первый стандарт Ethernet для локальных сетей появился в начале 80-х годов прошлого века. За ним последовали стандарты: Fast Ethernet — в 1995 году, Gigabit Ethernet — в 1998 году, 10G Ethernet — в 2002 году. Перечисленным стандартам соответствует следующая иерархия скоростей передачи информации: 10 Мбит/с — 100 Мбит/с — 1000 Мбит/с — 10 Гбит/с [1].

Несмотря на давние заявления, полной замены кабелей связи с медными токопроводящими жилами на волоконнооптические кабели не произошла и, по-видимому, в ближайшие годы не осуществится.

Очевидно, это обусловлено тем, что схема построения волоконнооптических сетей связи FTTB или FTTC (оптическое волокно до здания или до некоторого центра) экономически в ряде случаев более выгодна, чем схема FTTH (оптическое волокно до дома или квартиры, для многоэтажных домов). В этом случае абонентская часть линии прокладывается кабелями с медными токопроводящими жилами: кабелями симметричными парной скрутки или коаксиального типа.

К этому следует добавить организацию систем широкополосной связи на базе технологий xDSL по существующим распределительным сетям на базе кабелей типа ТПП или с прокладкой кабелей широкополосного абонентского доступа новых конструкций.

Многозначность вариантов построения сетей связи в текущий период определяется как экономическими причинами, несовершенством предлагаемого контента, так и неопределенностью выбора решений конкретными операторами и разнообразием самих операторов.

Однозначно можно утверждать одно: если будут применяться кабели связи с медными токопроводящими жилами парной скрутки, то максимальная частота диапазона их применения будет предположительно расти.

Согласно [2], существует градация частотных диапазонов. Последовательность диапазонов в порядке возрастания частоты, отличающихся характерными особенностями поведения функции потерь в них, соблюдается, как правило, для всех проводниковых структур из меди:
• RC-область;
• LC-область;
• область поверхностного эффекта;
• область диэлектрических потерь;
• область волноводной дисперсии.

В [2] приведены формулы для расчета граничных частот вышеперечисленных диапазонов, которые мы, однако, приводить не будем, так как они находятся несколько в стороне от рассматриваемых в данной статье вопросов.

И если в трех первых диапазонах влияние диэлектрика на коэффициент затухания не столь существенно, то в области диэлектрических потерь оно становится превалирующим.

Рассмотрим наиболее известные материалы, применяемые в качестве изоляции в конструкциях кабелей связи с медными токопроводящими жилами. Наиболее широко используется для этих целей полиэтилен.

Согласно [3] для полиэтилена нормируется:
— относительная диэлектрическая проницаемость: не более 2,3 на частоте 1 МГц и не более 2,3 на частоте 500 МГц;
— тангенс угла диэлектрических потерь: не более 3·10-4 на частоте 1 МГц и не более 4·10-4 на частоте 500 МГц.

На сегодняшний день этой информации уже не достаточно: во-первых, потому, что на очереди разработка следующей более совершенной конструкции кабеля для структурированых кабельных систем (СКС), работающей в диапазоне частот до 1000 МГц и даже стандартизованная 7 категория работает в диапазоне частот до 600 МГц, что превышает диапазон нормирования; во-вторых, точечное нормирование при таких частотах вряд ли можно считать объективным показателем.

Известно [4, 5], что в самом общем случае теоретическая зависимость тангенса угла диэлектрических потерь выглядит так, как это представлено на рисунке.

В зависимости от конкретного значения tgθmax можно судить о возможности использования кабеля в диапазоне частот близком к wK.

Конечно, можно говорить, что к полиэтилену это не относится, что он очень чистый материал. Но и в полиэтилен вводятся антиоксиданты, термостабилизаторы и, что значительно хуже, пигменты красителей. А на концентраты пигментов и на окрашенный полиэтилен действие [3] не распространяется. Известно влияние концентрации пигментов в окрашенной полиэтиленовой изоляции на результаты испытания электрическим напряжением, но не известно, какое влияние они будут оказывать на тангенс угла диэлектрических потерь в диапазоне частот до 10 ГГц.

Если кого-то из специалистов волнует возможность проведения таких измерений или появляется сомнение в необходимости таких измерений, приведем в пример издание [2], в котором представлены значения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь сложных диэлектриков конкретных марок, применяемых для изготовления печатных плат приемопередающей аппаратуры связи на частоте 10 ГГц. Вполне возможно, что в скором будущем этот частотный диапазон освоят в кабелях СКС.

Наличие ступенчатых скачков в функциональных зависимостях относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь равнозначно разбиению полосы пропускания кабеля на два неодинаковых участка. Если кабель предназначен для передачи широкополосных сигналов, то не очень понятно, как будет вести себя широкополосный сигнал, захватывающий оба таких участка. Хотя, исходя из общих соображений, можно утверждать, что это приведет к искажениям сигнала. Возможно, что использование всей ширины полосы для передачи сигналов окажется недопустимым.

В последнее время для изоляции высокочастотных кабелей связи наряду с полиэтиленом стали применять полипропилен, однако о нормировании относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в зависимости от частоты нам ничего не известно.

Как следует из вышеизложенного, в нормативной документации на полиэтилен и полипропилен должны быть приведены функциональные зависимости относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь от частоты, а также метод измерений.

Кстати, об измерениях. В [3] рекомендуется измерять относительную диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 1МГц по методике, изложенной в [6], а на частоте 500 МГц — по методике, изложенной в [7].

Методика [6] описывает метод непосредственного измерения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь и резонансный метод (с помощью определения добротности измеряемой цепи), в диапазоне частот от 100 до 5·106 Гц на образцах в виде круглых, квадратных пластин или цилиндрических трубок.

Методика [7] описывает резонансный метод, основанный на использовании измерителей добротности, тороидальных резонаторов и коаксиальных резонаторов постоянной и переменной длины, и метод измерения в линиях передач, основанный на использовании коаксиальных измерительных систем, в диапазоне частот 0,2–1 ГГц на образцах в виде плоскопараллельного диска или коаксиальной шайбы.

Отсюда видно, что существующие методики позволяют проводить измерения в диапазоне частот от 100 до 1000 МГц. Для проведения испытаний в диапазоне частот до 10 ГГц необходимо разрабатывать и стандартизовать методику измерений.

Ужесточение требований к кабелям, прокладываемым в помещениях, в частности требования по нераспространению горения, приводят к тому, что полиэтилен и полипропилен перестают соответствовать совокупным требованиям, предъявляемым к материалу изоляции.

В качестве возможной замены в простейшем случае могут рассматриваться поливинилхлоридный пластикат или полимерная безгалогенная композиция. Ввиду того, что безгалогенная полимерная композиция в России не производится, проведем анализ изоляционного поливинилхлоридного пластиката.

Изоляционный поливинилхлоридный пластикат в России производят по ГОСТ 5960-72 [8].

Поливинилхлоридный пластикат относится к полярным диэлектрикам, у которых относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь не только имеют большие значения, но и резко возрастают при повышении температуры [5].

Однако в нормативном документе на изоляционный поливинилхлоридный пластикат [8] требования к таким параметрам просто отсутствуют.

Поиск технической информации в этом направлении привел к противоречивым результатам. Так, в отечественной информации в сети Интернет [9] сообщается следующее:
— для жесткого ПВХ (винипласта) тангенс угла диэлектрических потерь при 50 Гц составляет 0,01–0,02, относительная диэлектрическая проницаемость при 50 Гц — от 3,1 до 3,5;
— для мягкого ПВХ (пластиката) тангенс угла диэлектрических потерь при 50 Гц равен 0,1, относительная диэлектрическая проницаемость при 50 Гц составляет 4,2–4,5.

По информации фирмы «Alpha Wire Company» [10] для стандартного поливинилхлоридного пластиката тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1 МГц равен 0,06–0,1, относительная диэлектрическая проницаемость при частоте 1 МГц составляет 4–6.

Расчетные значения, полученные на основании результатов измерений кабелей с поливинилхлоридной изоляцией марки И40-13A (рец. 8/2), показали, что относительная диэлектрическая проницаемость примененного материала превышает 5 (на частоте 1кГц).

Здесь важно отметить то, что области поверхностного эффекта и диэлектрических потерь не являются взаимно независимыми и могут перекрываться. За счет большого значения тангенса угла диэлектрических потерь поливинилхлоридного пластиката нижняя граница области диэлектрических потерь спускается до 1 МГц, и кабель с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката уступает кабелю с изоляцией из полиэтилена по коэффициенту затухания.

Можно предположить, что не лучше обстоит дело и с безгалогенной полимерной композицией.

В заключение обобщим изложенное.

Для того, чтобы рассчитать коэффициент затухания и волновое сопротивление кабелей связи для частот выше 1 МГц, необходимо организовывать контроль комплексной диэлектрической проницаемости в диапазоне частот от 1 до 10000 МГц как функции от частоты или, что то же самое, относительной диэлектрической проницаемости (вещественной составляющей) и тангенса угла диэлектрических потерь всех полимерных материалов, которые могут применяться для изготовления изоляции этих кабелей.

Решить такую задачу, по нашему мнению, под силу только крупному кабельному заводу, Ассоциации «Электрокабель» или ОАО «ВНИИКП», но то, что необходимость ее решения давно назрела, очевидно. Без знания подобных параметров материалов ни конструировать, ни изготавливать кабели невозможно.

Эпоха, когда заводской технолог изготавливал любой кабель, измерив конструктивные размеры образца, уходит в прошлое.

Литература
1. Олифер В.Т., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Изд-во «Питер», 2006.
2. Джонсон Г.Д., Грэхэм М. Высокоскоростная передача цифровых данных. М., СПб: Изд-во «Вильямс», 2005.
3. ГОСТ 16336-77. Композиции полиэтилена для кабельной промышленности. Технические условия.
4. Тареев Б. М. Физика диэлектрических материалов. М.: Энергия, 1973.
5. Справочник по электротехническим материалам / под ред. Ю.В. Корицкого, В.В. Пасынкова, Б.М. Тареева. Т.1. М.: Энергоатомиздат, 1986.
6. ГОСТ 22372-77. Материалы диэлектрические. Методы определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в диапазоне частот от 100 до 5·106 Гц.
7. ГОСТ 8.358-79. Государственная система обеспечения единства измерений. Методика выполнения измерений относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в диапазоне частот 0,2?1 ГГц.
8. ГОСТ 5960-72. Пластикат поливинилхлоридный для изоляции и защитных оболочек проводов и кабелей. Технические условия.
9. Смола ПВХ. http://ekoresurs.ru/product/smola-pvc.ru
10. http://www.alphawire.com/pages/346.cfm

02.09.2022 09:00

Актуальность применения кабеля ИнСил производства ООО НПП «ИНТЕХ» в нефтеперерабатывающей промышленности

19.05.2022 12:49

Единство кабельного бизнеса. Система контроля КПП на объектах ПАО “Транснефть”

17. 12.2021 10:31

Судовой кабель от НПП «ИНТЕХ»: ничего лишнего — только нужное

почему они важны и как их измерить

источник: статья Electropages

Джованни Д’Амор из компании Keysight Technologies объясняет шесть методов измерения этой важной характеристики материала.

Вы слышали о диэлектрических свойствах? Если у вас есть, вы, вероятно, вспоминаете эксперименты по хранению заряда, которые вы проводили на уроках физики в школе. Вы также могли столкнуться с ними при анализе того, как диэлектрические материалы влияют на характеристики конденсатора. Но, вопреки их воспринимаемому нишевому статусу, диэлектрические свойства важны во многих отношениях во многих секторах. Поэтому очень важно уметь их точно измерять.

Ниже мы опишем ряд вариантов использования и рассмотрим шесть способов измерения диэлектрических свойств, объяснив, когда вы можете использовать каждый из них.

Диэлектрические свойства: разнообразие вариантов использования

Мы уже установили, что диэлектрические свойства важны в электронной промышленности, когда речь идет о характеристиках конденсаторов. Инженеров-электронщиков также интересуют диэлектрические свойства подложек и печатных плат, которые они из них создают. Кроме того, диэлектрические свойства играют роль при изготовлении антенн с использованием дорожек печатных плат, при создании «фантомных» материалов для систем, измеряющих удельные коэффициенты поглощения, при работе с поглотителями и при управлении распространением электромагнитных полей путем применения ферритовых материалов.

Те, кто работает в оборонной и аэрокосмической отраслях, также будут заинтересованы в диэлектрических свойствах, особенно когда речь идет о разработке стелс-технологий, обтекателей и материалов, поглощающих излучение.

В различных отраслях промышленности производителям нужны способы характеризации материалов. Сюда входят композитные и керамические материалы для деталей автомобилей; пластмассы и полимеры для изоляции, пленки и волокна; гидрогели, используемые в мягких контактных линзах и подгузниках; и жидкие кристаллы в дисплеях.

В пищевом секторе диэлектрические свойства являются важным методом измерения, используемым при создании продуктов, пригодных для использования в микроволновой печи, при исследовании порчи, влажности и упаковки.

В лесном хозяйстве диэлектрические измерения используются для определения количества влаги, содержащейся в древесине и бумаге, а в горнодобывающей промышленности они помогают анализировать содержание масла.

В других местах эти свойства используются в фармацевтической промышленности для поддержки исследований и производства лекарств. Характеристика тканей человека, проектирование систем ферментации и биомассы, а также исследования биоимплантатов — все это области, в которых используется этот метод.

Измерение диэлектрических свойств

Существуют различные способы измерения диэлектрических свойств, каждый из которых использует точные инструменты, приспособления для удержания испытуемого материала (MUT) и программное обеспечение, помогающее измерять комплексные коэффициенты диэлектрической и магнитной проницаемости, а затем отображающее результаты.

В этой области имеется целый ряд продуктов, включая анализаторы импеданса, анализаторы цепей и измерители LCR, способные давать точные результаты при использовании частот до 1,5 ТГц. Их дополняют приспособления, которые позволяют использовать коаксиальный зонд, коаксиальную/волноводную линию передачи, измерения в свободном пространстве, резонатор и параллельные пластины, которые показаны на рис. 1 и подробно описаны ниже.

 

Рис. 1. Существуют различные способы измерения диэлектрических свойств материала. (Источник: Keysight Technologies)

Так как же работают эти методы измерения и когда их можно использовать?

Метод коаксиального зонда

Этот метод лучше всего подходит для полутвердых материалов (порошков) и жидкостей. Это неразрушающий, простой и требует только одного измерения. Типичная измерительная система с коаксиальным зондом состоит из сетевого или импедансного анализатора, коаксиального зонда и соответствующего программного обеспечения.

Выберите анализатор и пробник в зависимости от частоты измерения, хотя общий диапазон составляет от 10 МГц до 50 ГГц. Вы также можете приобрести датчики, выдерживающие температуру от -40°C до +200°C. Они могут быть изготовлены с большим фланцем, что означает, что вы также можете измерять плоские твердые материалы. Также доступны тонкие зонды, которые особенно полезны для проведения измерений в камерах химических реакций, бродильных емкостях и других средах с небольшими отверстиями. Для медицинской, химической и пищевой промышленности существуют высокоэффективные датчики, сочетающие многие из вышеперечисленных характеристик с возможностью стерилизации в автоклаве.

 

Рис. 2. Различные типы диэлектрических пробников (Источник: Keysight Technologies)

Метод линии передачи

Этот широкополосный метод разработан для обрабатываемых твердых тел. MUT размещается внутри замкнутой линии передачи, и частотный охват в первую очередь ограничивается размером держателя образца.

Метод свободного пространства

Этот бесконтактный метод использует антенны для направления микроволновой энергии через материал или на него. Вы можете использовать этот метод при высоких температурах и частотах миллиметровых волн.

Метод резонатора

Резонатор представляет собой структуру с высокой добротностью, которая будет резонировать на определенных частотах. Когда вы вводите MUT, это влияет на центральную частоту и добротность резонатора. Это позволяет рассчитать его диэлектрическую проницаемость. Keysight производит ряд резонаторов, в том числе 10-ГГц резонатор с разъемным цилиндром 85072A и диэлектрические резонаторы с разъемным штырем.

Метод конденсатора с параллельными пластинами

Этот метод вы, возможно, помните из школьных уроков физики. Вы создаете конденсатор, помещая тонкий кусок материала между двумя электродами. Метод конденсаторов с плоскими пластинами идеален для достижения точных низкочастотных измерений жидкостей или тонких листов материала, как правило, с использованием анализатора импеданса или LCR-метра.

Метод измерения индуктивности

Наконец, есть метод измерения индуктивности, который измеряет индуктивность материала, как если бы это был тороидальный сердечник, что позволяет определить его проницаемость. Вы оборачиваете провод вокруг MUT и оцениваете его индуктивность по отношению к концам провода. Приспособление для испытания магнитных материалов Keysight 16454A является хорошей конструкцией для использования с одновитковыми катушками индуктивности, поскольку оно не пропускает магнитный поток, когда в него помещается тороидальный сердечник.

На приведенном ниже рисунке показаны различные подходы к тестированию и типы приспособлений в зависимости от тестируемых материалов и частоты измерений.

 

Рис. 3. Различные датчики и методы измерения позволяют измерять различные материалы в диапазоне испытательных частот. (Источник: Keysight Technologies)

Вспомогательное программное обеспечение

Интерпретация диэлектрических измерений как измерений проницаемости и диэлектрической проницаемости иногда может быть затруднена, но вы можете облегчить себе жизнь, используя такое программное обеспечение, как пакет Keysight N1500A для измерения материалов. Это поможет вам работать с сетевым анализатором и проведет вас через процесс тестирования, от настройки и измерения до преобразования полученных данных S-параметров в требуемые форматы.

Поскольку оно работает с целым рядом методов измерения и математических моделей, его можно использовать в большинстве ситуаций. Вы также можете использовать его для моделирования потенциальных взаимодействий между MUT и приспособлением, что позволяет вам извлекать свойства объемного материала.

На приведенном ниже снимке экрана показано, как вы определяете MUT по отношению к приспособлению, удерживающему его на месте. Так называемое «деэмбеддинг» позволяет покрыть одну или обе стороны образца диэлектрической подложкой. Деэмбеддинг математически устраняет влияние материала подложки, а это означает, что вам остаются только электромагнитные свойства образца. Этот метод идеален, когда образец не может стоять сам по себе или прикреплен к подложке.

 

Рис. 4. Специализированное программное обеспечение позволяет определить держатель образца и использовать метод, называемый деэмбедированием. (Источник: Keysight Technologies)

Диэлектрические свойства тканей тела: Домашняя страница

Диэлектрические свойства тканей тела: Домашняя страница

Интернет-ресурс для расчета

в диапазоне частот 10 Гц — 100 ГГц

ИТАЛЬЯНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ НАУЧНЫЙ СОВЕТ
Институт прикладной физики
Нелло Каррара — Флоренция (Италия)

Обзор Приложения Документация сервера Кредиты Каталожные номера

Обзор Потребность в обширных данных о диэлектрических свойствах тканей человека часто и сильно ощущается учеными и исследователи, занимающиеся взаимодействием электромагнитных (ЭМ) полей и биологических систем.
Численная дозиметрия , например, (дисциплина, посвященная рассчитать с помощью численных алгоритмов плотности тока удельные скорости поглощения (SAR) в тканях и органах лица, подвергающиеся воздействию электромагнитных полей) имеет дело с оцифрованными 2D или 3D-модели человека, каждый элемент которых (пиксель в 2D и воксель в 3D-модели) должны быть признаны состоящими из заданного, четко очерченная ткань и, следовательно, должна иметь уникальный диэлектрический свойства, состоящие из пары значений, одно для родственник диэлектрическая проницаемость и одна для электропроводность на каждой интересующей частоте.
Это приложение предназначено для расчета диэлектрических свойств тканей тела человека в диапазоне частот от 10 Гц до 100 ГГц используя параметрическую модель и значения параметров, разработанные C.Gabriel и коллеги (см. Кредиты и ссылки ниже).
Он основан на клиент-серверном подходе.
Сервер 9Программа 0038 работает в фоновом режиме на центральной системе и отвечает за управление базой данных параметров (14 параметры для каждой определенной ткани) и для расчета диэлектрические свойства запрашиваемых тканей на требуемых частотах. Эти свойства включают относительную диэлектрическую проницаемость, электрическую электропроводность и несколько важных производных величин: тангенс угла потерь, длина волны и проникновение или кожи глубина.
Программа клиента выполняется пользователем в удаленной системе подключен к серверу через локальную или глобальную сеть, поддерживающую протокол TCP/IP; клиентская программа реализует пользовательский интерфейс и переводит запросы пользователей в команды для сервера; это также должно иметь дело с приемом и отображением запрашиваемых данных.
Основное преимущество клиент-серверного подхода состоит в том, что централизованное управление параметрами ткани, что позволяет необходимо определить новые ткани или изменить значения параметров без необходимости распространять программное обеспечение среди пользователей. Пользователи, со своей стороны, также избавляются от необходимости реализовывать код для расчета диэлектрических свойств из значения параметров.
Наличие документации сервера позволяет пользователям, которые в этом нуждаются и могут себе это позволить, разрабатывать собственные приложения, посвященные конкретным задачам или платформам.
Обратной стороной медали, очевидно, является необходимость соединения TCP/IP между клиент и сервер.
Приложения
  • Текстовый режим, онлайн Интернет приложения
  • Текстовый режим Автономные приложения Win32
    Разработано несколько клиентских приложений Win32 продемонстрировать удаленный расчет диэлектрические свойства тканей. Пожалуйста, не стесняйтесь загрузить и сохранить или выполнить их напрямую.
    • Все ткани – одночастотные
      Для расчета диэлектрических свойств все ткани определены в сервере на одной частоте.
    • Одиночная ткань — одна частота
      Для расчета диэлектрических свойств одной ткани на одной частоте.
    • Одинарная ткань — полный диапазон
      Для расчета диэлектрических свойств единая ткань во всем диапазоне частот, управляемая сервер (этот диапазон идет от 10 Гц до 100 ГГц за 10 декад, с 5 расчетными баллами за каждую декаду).

Кредиты
Это приложение было подготовлено в IFAC-CNR (ранее IROE-CNR) как побочный проект среди направлений деятельности исследовательского направления посвящен Защита от воздействия низкочастотным, радиочастотные и микроволновые электромагнитные поля . Это было бы невозможно без огромной работы C.Gabriel. и коллеги на авиабазе Брукс (США), разработавшие параметрическая модель для расчета диэлектрических свойств тканей тела мы используем здесь (см. Ссылки ниже).
В IFAC-CNR в проекте приняли участие:
Даниэле Андреуккетти
Разработка проектов и управление ими; математическая подготовка; параметрическая обработка данных; Кодирование HTML, PHP и C/C++.
Роберто Фосси и Катерина Петруччи
Исследование и критический обзор библиографических данных по диэлектрические свойства тканей организма.

Этот веб-сайт и результаты его анализа могут свободно использоваться для научных целях и для любого другого использования, разрешенного законом. Те, кто использовать этот веб-сайт, должны упоминать его в своих публикациях как следует:

  • Д.Андреуккетти, Р.Фосси и К.Петруччи: Интернет ресурс для расчета диэлектрических свойств тела ткани в диапазоне частот 10 Гц — 100 ГГц . МФБ-CNR, Флоренция (Италия), 1997. На основании данных, опубликованных C.Gabriel. и другие. в 1996 г. [Онлайн]. Доступный: http://niremf.ifac.cnr.it/tissprop/

Каталожные номера Международный
  • K.S.Cole и R.H.Cole: Рассеивание и абсорбция в диэлектрики: I. Характеристики переменного тока. , Журнал химической физики, апрель 1941 г., стр. 341–351.
  • C.Gabriel и S.Gabriel: Компиляция диэлектрика Свойства тканей тела на радиочастотах и ​​микроволновых частотах ,
    Интернет-документ; URL-адрес: http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a305826.pdf (авторизованное зеркало на http://niremf.ifac.cnr.it/docs/DIELECTRIC/home.html). Смотрите, в в частности, Приложение C: моделирование данных (авторизованное зеркало здесь).
  • C.Gabriel: Подборка диэлектрических свойств тела ткани на радиочастотах и ​​микроволновых частотах , отчет N.AL/OE-TR- 1996-0037, Управление гигиены труда и окружающей среды, Отделение радиочастотного излучения, база ВВС Брукс, Техас (США), 19 июня.96.
  • C.Gabriel, S.Gabriel и E.Cortout: Диэлектрик свойства биологических тканей: I. Обзор литературы , физ. Мед. биол. 41 (1996), 2231-2249.
  • S.Gabriel, R.W.Lau и C. Gabriel: Диэлектрические свойства биологических тканей: II. Измерения в диапазоне частот от 10 Гц до 20 ГГц , физ. Мед. биол. 41 (1996), 2251-2269.
  • S.Gabriel, R.W.Lau и C.Gabriel: Диэлектрические свойства биологических тканей: III. Параметрические модели для диэлектрический спектр тканей , физ. Мед. биол. 41 (1996), 2271-2293.
на итальянском
  • D.Andreuccetti e R.Fossi: Proprietà dielettriche dei tessuti umani: определение, параметрическая модель, коды расчета , Отчет N.TR/ICEMM/13.00, IFAC-CNR, Флоренция (I), сентябрь 2000 г.
    Доступный онлайн-документ all’indirizzo: http://niremf.ifac.cnr.it/tissprop/document/tissprop.pdf

Верх документа
IFAC-CNR, Флоренция (Италия), 1997-2021 гг.
Для любого общения обращайтесь Даниэле Андреуккетти.

Измерение диэлектрических свойств материалов различной толщины

30 сентября 2020 г. Мэн Ли

Введение

Диэлектрик традиционно определяется как электрический изолятор с очень плохой проводимостью на постоянном токе. Однако из-за его поляризуемости заряды могут накапливаться в диэлектрическом материале, обычно в формате диполей, в низком и среднем диапазоне частот переменного тока. Этот «емкостной» эффект делает диэлектрик полезным для хранения (и рассеивания) заряда (и энергии). Одним из примеров является суперконденсатор, в котором стремятся к высокой емкости, используя предельную тонкость двойного электрохимического слоя (EDL) (см. этот пост в блоге). Другой пример — конденсатор с высокой добротностью, где нужно добиться низких омических потерь. Несмотря на то, что импеданс хорошо изучен в обоих случаях, размер диэлектрика (всего или части ИУ) менее определен, поэтому мало известно об (относительной) диэлектрической проницаемости (диэлектрической проницаемости). Чтобы ответить на этот вопрос, в этой статье блога мы измерим напечатанные на 3D-принтере диэлектрические диски с помощью приспособления для испытания диэлектрических свойств, продемонстрируем, насколько важны «размеры», и подчеркнем как шероховатость образца, так и фазовую точность прибора. При тщательной бесконтактной компенсации воздушного зазора мы находим диэлектрическую проницаемость белой полимолочной кислоты (ПМК) равной 2,7 на частоте 1 кГц, а коэффициент рассеяния — 0,0003.

Настройка измерения

Для изготовления диэлектрических образцов мы печатаем на 3D-принтере белую биоразлагаемую PLA (полимолочную кислоту) проволоку (Best Value PLA Filament 1,75 мм) в виде дисков диаметром 49 мм и толщиной от 0,5 мм до 2,5 мм. Это позволяет нам легко вставлять образцы дисков в стороннее приспособление для диэлектрических испытаний с незащищенным нижним электродом диаметром 56 мм. Верхний электрод приспособления имеет ограждение и имеет диаметр 38 мм, чтобы определить площадь испытуемого образца. Как показано на рисунке 1, прибор напрямую подключен к анализатору импеданса MFIA для снижения паразитного импеданса.

Рис. 1: Эскиз MFIA с диэлектрическим испытательным приспособлением стороннего производителя, в который вставлен шероховатый образец диска из PLA с использованием бесконтактного метода с воздушным зазором. Оранжевые пунктирные линии указывают на прямое соединение без каких-либо кабелей между ними. t — толщина образца, а ta включает дополнительный воздушный зазор (подробности позже). В этом сообщении блога используется тестовый сигнал 3 В.

Увеличение скорости измерения

Для простоты диэлектрики часто изучают на нескольких фиксированных частотах, таких как 50 Гц, 1 кГц, 1 МГц и т. д., несмотря на то, что во многих приложениях они работают на постоянном токе или очень низких частотах. Однако измерения на низких частотах занимают много времени и могут быть еще хуже, если учесть более узкую полосу пропускания фильтра нижних частот, используемого для подавления шумов (см. этот технический документ). Время ожидания требует не только дополнительных материальных и энергетических затрат для стабилизации измерения. среды, но также может вызвать разочарование и неудобство для пользователей.

Начиная с LabOne ®  20.07, для решения этой проблемы можно воспользоваться совершенно новой функцией однопериодного анализа. Когда эта функция активирована (см. рис. 2), LabOne рассчитает импеданс путем деления усредненного необработанного напряжения (в конфигурации с 4 выводами) на усредненный ток за один период. Поскольку для этого нового процесса фильтр нижних частот не требуется, скорость измерения может быть значительно увеличена, достигая теоретически возможного минимального времени. На рис. 2 показано измерение на фиксированной частоте 100 мГц, где видно, что измеренный импеданс быстро устанавливается, не дожидаясь RC-задержки ФНЧ.

Рис. 2: Снимок экрана LabOne, показывающий модуль плоттера, измеренный на фиксированной частоте 10 мГц с использованием функции одного периода. Кнопка усреднения за один период находится на вкладке IA, а светодиод рядом с ней указывает, работает ли эта функция или нет. Также доступны всплывающие подсказки, которые помогут вам быстро освоить работу с ним.

При выполнении полной развертки по частоте среза (по умолчанию 13 Гц) однопериодная развертка будет автоматически деактивирована при активации стандартных настроек развертки. Это обеспечивает плавное измерение без каких-либо перерывов. Сравнение однопериодной и стандартной развертки в образце толщиной 2,5 мм показано на рис. 3. Используя модуль LabOne Sweeper, начинаем измерение с частоты 100 мГц, так как она уже близка к 1 ТОм (верхняя граница МФИА). график реактивности). В дополнение к параметрам импеданса, таким как фаза, емкость (Cp) также может быть извлечена в режиме реального времени с использованием встроенных моделей цепей в LabOne. В однопериодном режиме развертка занимает ~1,3 мин, в отличие от примерно 15 мин в стандартном режиме. Мы также можем видеть, что в качестве незначительного компромисса такой высокой скорости точность измерения немного снижается в однопериодном режиме, но это не влияет на точность. Разница между двумя измерениями становится видимой только при увеличении около -9.0 град.

Рис. 3. Снимок экрана LabOne, показывающий частотные развертки образца толщиной 2,5 мм в стандартном режиме (цветной) и за один период (серый).

Измерения без компенсации пользователя

При измерениях низкого импеданса мы показали, что для определения низкой базовой линии измерения необходима компенсация пользователя с короткой нагрузкой (см. этот пост в блоге). Однако диэлектрический образец показывает высокий импеданс, особенно на низких и средних частотах. Это означает, что стандартные процедуры компенсации пользователя не помогут, и мы можем просто начать наши измерения как есть (подробнее в следующем разделе). Результат для различных выборок представлен на рис. 4. Для лучшего сравнения с литературными ссылками мы начинаем все измерения здесь с 1 кГц, даже если эта частота может не иметь смысла. Беглый взгляд на рис. 4 показывает, что измеренная емкость в образце толщиной 2,5 мм составляет ~11 пФ, а в образце толщиной 0,5 мм ~35 пФ. Это не масштабируется обратно пропорционально толщине образца (коэффициент 3, а не 5), что позволяет предположить, что диэлектрическая проницаемость больше не является константой. Мы также обнаруживаем, что измеренный коэффициент рассеяния странным образом продолжает увеличиваться с толщиной. В чем здесь может быть причина несоответствия?

Рис. 4. Снимок экрана LabOne, показывающий емкость и диэлектрические потери образцов PLA различной толщины, измеренные в диапазоне от 1 кГц до 5 МГц. Толщину каждой цветной трассы можно найти на вкладке истории.

Бесконтактная компенсация воздушного зазора шероховатости поверхности образца

Чтобы полностью понять проблему, мы извлекли диэлектрическую проницаемость из образцов различной толщины, используя хорошо известную модель конденсатора с плоскими пластинами, и нанесли их синими точками на рис. 5а. Удивительно, но диэлектрическая проницаемость на частоте 1 кГц продолжает расти и достигает плато на уровне ~2,7 в образцах толщиной 2 мм и 2,5 мм. Это значение (2.7) согласуется с большинством литературных ссылок [1], но мы замечаем, что сообщаются более низкие (некоторые) или более высокие (несколько) значения [2]. За исключением различий в методах подготовки образцов, одним важным аспектом, о котором часто забывают, является шероховатость поверхности образца. Тонкие образцы более склонны к шероховатости, так как преобладают поверхностные эффекты. Другими словами, объемные свойства PLA не были точно измерены в наших образцах тоньше 2 мм.

Рисунок 5: Зависящие от толщины диэлектрическая проницаемость (a) и коэффициент рассеяния (b) PLA на частоте 1 кГц без (синие точки) и с (оранжевые треугольники) бесконтактной компенсации воздушного зазора.

Для шероховатых образцов, изготовленных с помощью 3D-печати (шероховатость заметна даже невооруженным глазом), между образцом и электродами в приспособлении для испытаний существуют воздушные зазоры, как показано на рис. 1. Этот аргумент подтверждается сравнением образца толщиной 2,5 мм. с образцами толщиной 1 мм и 1,5 мм, уложенными вместе, где последний показывает меньшую емкость и коэффициент рассеяния из-за дополнительного воздушного зазора между ними. Однако, поскольку толщина «внутреннего» воздушного зазора неравномерна, для количественной оценки ошибки нам необходимо вручную добавить воздушный зазор известной толщины с помощью микроманипулятора на приспособлении. При этом мы можем представить этот слой как тонкопленочный конденсатор, включенный последовательно с образцом PLA, и получить компенсированную диэлектрическую проницаемость, а также коэффициент рассеяния, используя уравнения 1 и 2. Этот бесконтактный подход требует двух отдельных измерений для каждого образец, один только с воздухом, а другой со вставленным образцом. Обратите внимание, что чем тоньше дополнительный воздушный зазор по отношению к толщине образца, тем эффективнее будет компенсация. Тем не менее, ограниченный пространственным разрешением микроманипулятора (0,01 мм), здесь мы фиксируем этот зазор только на уровне 1% от толщины образца. Это объясняет, почему более тонкие образцы все еще не могли достичь объемной диэлектрической проницаемости 2,7 после компенсации. Мы также можем подтвердить, что диэлектрическая проницаемость ~ 2,7 в образце толщиной 2,5 мм при уменьшении от 1% до 0,2% не приводит к дальнейшим улучшениям.

Что касается коэффициента рассеяния, помимо шероховатости поверхности, следует также учитывать фазовую точность анализатора импеданса. MFIA имеет базовую фазовую точность 2 мград при разрешении 10 udeg и может достигать добротности до 100000 (D до 0,00001) на приспособлении MFITF с низким уровнем паразитных помех (см. этот пост в блоге). Даже с помощью приспособления для диэлектрических испытаний стороннего производителя мы можем измерить D на уровне 0,0001 на частоте 1 кГц из воздуха, что задает базовую линию для всех образцов в соответствии с уравнением 2. Компенсация с помощью этого уравнения приводит к уменьшению на порядок величины измерен коэффициент рассеяния, достигающий 0,0003 на частоте 1 кГц в образце. На более высоких частотах коэффициент рассеяния (например, 0,007 на 1 МГц) увеличивается в соответствии с литературными данными [3], поэтому необходимо подтвердить базовую линию прибора, чтобы понять, имеет ли значение измерение или нет.

\[{\varepsilon}’_{r}=\frac{1}{1-(1-\frac{C_{a}}{C_{am}})\times \frac{t_{a}} {t}}\]

Экв. 1 Компенсация диэлектрической проницаемости методом бесконтактного воздушного зазора. Ca обозначает измеренную емкость только из воздушного зазора, а Cam обозначает емкость с вставленным образцом.

\[D=D_{a}+{\varepsilon}’_{r}\times(D_{am}-D_{a})\times(\frac{t_{a}}{t}-1) \]

Экв. 2 Компенсация коэффициента рассеяния бесконтактным методом. Da означает измеренный коэффициент рассеяния только от воздушного зазора, а Dam — коэффициент рассеяния с вставленным образцом.

Заключение

В этом посте мы показываем, что напечатанный на 3D-принтере PLA имеет объемную диэлектрическую проницаемость 2,7 и коэффициент рассеяния 0,0003 на частоте 1 кГц. Шероховатость поверхности играет важную роль при измерении и должна быть тщательно компенсирована бесконтактным методом. Кроме того, высокая фазовая точность MFIA необходима для достижения низкого базового уровня коэффициента рассеяния и обеспечения правильного измерения диэлектриков. Самое главное, благодаря функции одного периода скорость измерения на низких частотах может быть значительно увеличена.

Если у вас есть вопросы или предложения, свяжитесь с нами.

Ссылки

  1. Хегде, В. (2017). Диэлектрические исследования биоразлагаемых и/или биополимерных материалов (докторская диссертация).
  2. Бехзаднежад Б. и др. (2018). Диэлектрические свойства материалов, напечатанных на 3D-принтере, для анатомических катушек МРТ, напечатанных на 3D-принтере. Журнал магнитного резонанса, 289, 113–121.
  3. Веселей, П. и др. (2018). Исследование электрических свойств 3D-печатных объектов. Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия, том 461, 5-я Международная конференция «Последние тенденции в конструкционных материалах».

Исследование изменения диэлектрических свойств и химического механизма при низкотемпературном окислении угля

Исследование изменения диэлектрических свойств и химического механизма при низкотемпературном окислении угля

Скачать PDF

Скачать PDF

  • Артикул
  • Открытый доступ
  • Опубликовано:
  • Hongqing Zhu 1 ,
  • Haoran Wang 1 ,
  • WEI WANG 1 и
  • 222IUL

    Научные отчеты том 10 , Номер статьи: 4643 (2020) Процитировать эту статью

    • 2154 доступа

    • 3 Цитаты

    • 1 Альтметрика

    • Сведения о показателях

    Предметы

    • Геохимия
    • Геофизика

    Abstract

    Целью исследования является изучение изменения диэлектрических свойств угля в процессе низкотемпературного окисления угля и влияние продукта окисления на диэлектрические свойства угля. Четыре различных типа угля были приготовлены в условиях низкотемпературного окисления, и диэлектрические свойства угля были измерены с помощью анализатора импеданса на частотах в диапазоне от 20 Гц до 30 МГц. Кислородсодержащие функциональные группы в образцах окисленного угля были полуколичественно оценены с использованием инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье. По изменению диэлектрических свойств угля в процессе повышения температуры можно прогнозировать низкотемпературную окислительную стадию самовозгорания угля. Установлено, что диэлектрическая проницаемость угля с высоким содержанием воды экспоненциально уменьшается с температурой. Для образца угля с низким содержанием воды диэлектрические свойства изменялись кусочно-линейно с температурой. Причиной снижения диэлектрической проницаемости с 30 °С до 120 °С считали обезвоживание угля. Повышение относительного содержания кислородсодержащих функциональных групп, особенно карбонильных соединений, могло быть причиной повышения диэлектрической проницаемости угля от T 2 до T 3 .

    Введение

    Самовозгорание угля является одной из крупнейших катастроф на угольных шахтах, и это произошло в странах по всему миру. Исследователи сообщают, что многие участки самовозгорания угля были скрыты 1,2 . Точное обнаружение высокотемпературной зоны на ранней стадии низкотемпературного окисления представляет большой интерес в области предотвращения и контроля самовозгорания угля. Технология электромагнитного обнаружения представляет собой обычную технологию обнаружения угольного пожара. Некоторым исследователям удалось определить местонахождение угольного пожара с помощью оборудования для мониторинга магнитотеллурического поля. Однако на этот метод большое влияние оказывает содержание магнитных минеральных компонентов в угольном пласте, особенно пирита 9.0346 3 . Некоторые другие исследователи 4,5 пытались определить местонахождение угольных пожаров с помощью георадара, основанного на пустотах и ​​расщелинах, вызванных угольными пожарами. Магнитные минеральные компоненты не ограничивают этот метод, но на него могут повлиять трещины пласта. Ограничения на электромагнитное обнаружение угольного пожара могут быть уменьшены, если мы сможем найти картографическую зависимость между диэлектрической проницаемостью угля и температурой на стадии низкотемпературного окисления. Время предсказания также может быть увеличено.

    Считается, что диэлектрические свойства угля являются основой для изучения распространения электромагнитных волн в угольном пласте. Диэлектрические свойства также являются критическими параметрами для разработки различных приборов для геологической разведки (например, георадар, приборы для измерения переходных электромагнитных волн (ПЭМ) и т. д.) 6,7,8,9,10 . Поэтому большое теоретическое и практическое значение имеет изучение диэлектрических свойств угля в условиях низкотемпературного окисления для выявления скрытых участков низкотемпературного окисления угля. Многие исследователи сообщали о диэлектрических свойствах пиролитического угля при высоких температурах в микроволновом диапазоне. Они считали, что диэлектрические свойства пиролизного угля связаны с различным составом и структурой. Пэн и др. . и Ван и др. . установили, что диэлектрические свойства угля остаются относительно постоянными ниже 500 °C, но относительная диэлектрическая проницаемость и коэффициент потерь резко увеличиваются с повышением температуры после 500 °C из-за выделения летучих 11,12 . Сюй и др. обнаружили, что комплексная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь увеличиваются с повышением температуры в результате упорядоченной кристаллитной структуры угля 13,14 . С. Марланд и др. . обнаружили, что из-за удаления влаги существенное снижение значений диэлектрической проницаемости угля и коэффициента потерь происходит между 80 и 180 °C, а диэлектрические свойства угля зависят от марки угля 15 . Сюй и др. . установили, что диэлектрическая проницаемость угля уменьшалась с повышением температуры от 25 ° С до 120 ° С, причем диэлектрическая проницаемость угля сначала уменьшалась, а затем увеличивалась с увеличением марки угля 16 . Современные исследования не касались диэлектрических свойств и соответствующего химического механизма угля на стадии низкотемпературного окисления. Тем не менее, этот этап считается наиболее важным для предотвращения и контроля самовозгорания угля 9.0346 17,18,19,20 . Следовательно, в этой статье делается попытка показать закон изменения диэлектрических свойств угля низкотемпературного окисления и проверить различия в компонентах и ​​структуре углей низкотемпературного окисления при разных температурах и возникающие в результате потенциальные эффекты на диэлектрические свойства. В работе использовался низкочастотный диапазон электромагнитных волн с учетом скрытого характера самовозгорания угля.

    Это исследование направлено на углубление понимания влияния низкотемпературного окисления на диэлектрические свойства угля путем изучения взаимосвязи между составом и структурой угля при низкотемпературном окислении и результирующими диэлектрическими свойствами. Диэлектрические свойства угля измеряли прибором Е49. анализатор импеданса 90A и тестовое приспособление 16451B производства Keysight в полосе частот от 20 Гц до 30 МГц. Взаимосвязь между диэлектрическими свойствами и составом и структурой образцов угля была измерена и проанализирована с помощью инфракрасного Фурье-спектрометра Bruker Tensor 27 (FTIR). Кроме того, выяснено влияние угольной составляющей и структуры на диэлектрические свойства угля в процессе низкотемпературного окисления.

    Экспериментальный

    Подготовка проб угля

    Угли были выбраны из четырех угольных шахт в Китае: бурый уголь из Чанцзи (CJ) в регионе Синьцзян, коксующийся уголь из Вэньшуй (WS) в провинции Шаньси, жирный уголь из Таншаня (TS) в провинции Хэбэй и тощий уголь из Чанчжи (Чехия) в провинции Шаньси. Угли измельчали ​​размером менее 200 меш в воздухонепроницаемой дробилке и помещали в коричневую бутыль с широким горлышком для последующего использования. Отбор проб строго соответствовал китайским национальным стандартам (GB/T 482-2008). Экспресс-анализ рядового угля представлен в таблице 1.

    Таблица 1 Экспресс-анализ проб угля.

    Полноразмерная таблица

    Результаты предыдущих исследований показали, что уголь разных марок имеет ряд схожих температурно-зависимых стадий окисления и характеристических температур в атмосфере воздуха 21,22,23,24,25 . Кривые ТГ/ДТГ и характеристические температуры четырех видов образцов угля при скорости нагрева 10 К/мин в воздушной атмосфере представлены на рис. 1. Видно, что масса образца угля сначала уменьшается, а затем увеличивается в течение 30 °С. С до Т 3 . T 1 – точка минимума на кривой ДТГ на стадии низкотемпературного окисления, соответствующая максимальной скорости потери массы. Поскольку содержание влаги в образцах угля CZ, WS и TS невелико, T 1 не так очевиден, как CJ. T 2 – точка максимума на кривой ДТГ на стадии поглощения кислорода, которая соответствует точке максимальной скорости набора веса. T 3 – точка максимальной массы на кривой ТГ на стадии поглощения кислорода. Некоторые другие температуры были введены для уменьшения интервалов испытательных температур. Температуры испытаний были определены на основе термогравиметрических экспериментов, как показано в таблице 2.

    Рисунок 1

    Характерные температуры окисленного угля. I: Стадия дегидратации и десорбции газа, II: Стадия окисления и увеличения массы, III: Стадия горения, IV: Стадия выгорания.

    Изображение полного размера

    Таблица 2 Температуры обработки образцов угля в условиях кислорода.

    Полноразмерный стол

    Горизонтальный трубчатый реактор, предварительно нагретый со скоростью нагрева 10 °С/мин до характеристических температур. После этого около 50 г угольного порошка равномерно распределили в тигле, а затем протолкнули в центр нагретой трубки. После выдержки при каждой характеристической температуре в атмосфере воздуха в течение одного часа угольная энергия естественным образом охлаждалась до комнатной температуры, а затем измельчалась для последующих испытаний. Наконец, в форму добавили 0,5 г угольного порошка и 1 г полиэтилена и спрессовали в образец диска диаметром 30 мм. Процесс проводился в атмосфере воздуха для имитации самовозгорания угля.

    Измерение диэлектрических свойств

    Диэлектрическая проницаемость описывается формулой. (1) с двумя частями:

    $$\varepsilon =\varepsilon {\prime} -j\varepsilon {\prime\prime} $$

    (1)

    где \(\varepsilon {\prime} \) , действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости \(\varepsilon \) (Ф/м) и \(\varepsilon {\prime\prime} \), мнимая часть диэлектрической проницаемости (Ф/м), связаны поляризации и потерям энергии соответственно. Диэлектрическая проницаемость устанавливает связь между плотностью электрического потока D и электрическим полем E. Она необходима для макроскопического применения уравнений Максвелла. Величины измеренных действительных и мнимых диэлектрических проницаемостей обычно малы. Таким образом, они обычно масштабируются путем деления на диэлектрическую проницаемость в свободном пространстве. Полученное значение относится к относительной реальной диэлектрической проницаемости \({\varepsilon {\prime}}_{{\rm{r}}}\) и относительной мнимой диэлектрической проницаемости \({\varepsilon {\prime\prime}}_ {{\rm{r}}}\). Диэлектрические свойства образцов угля оценивали в диапазоне частот от 20 Гц до 30 МГц с помощью Е49.Анализатор импеданса 90 А производства Keysight. Была использована параллельная эквивалентная схема, так как значение импеданса угля было большим. Измерительный прибор и соответствующий принцип измерения показаны на рис. 2.

    Рис. 2

    Анализатор импеданса Keysight E4990A и модель эквивалентной схемы.

    Изображение в натуральную величину

    Действительная и мнимая части относительной диэлектрической проницаемости рассчитывались по формулам (2–4). Где Р 9{2}{\varepsilon }_{0}$$

    (4)

    FTIR-измерения

    FTIR-измерения, выполненные на FTIR-спектрометре Bruker Tensor 27 (Германия). Чтобы подготовить образцы для FTIR, 1 мг угольного порошка сначала смешивают с порошком бромида калия (KBr) в соотношении 1:100. Затем смесь растирали в агатовой ступке в течение 6 мин. После измельчения полученную порошковую смесь помещали в форму и прессовали в круглый лист под давлением 10 МПа. В итоге сканирование образца, выполненное в диапазоне волновых чисел 400–4000 см -1 для получения спектров поглощения с разрешением 4 см -1 . Спектры FTIR были полуколичественно проанализированы с использованием программного обеспечения OPUS (Bruker, Германия) и Omnic, чтобы получить изменение компонентов и структуры на ранней стадии самовозгорания.

    Результаты и обсуждение

    Диэлектрические свойства угля самовозгорания

    Диэлектрическая проницаемость угля самовозгорания на трех промежуточных частотах (10 кГц, 100 кГц и 1000 кГц) была проанализирована для уменьшения систематических ошибок. На рисунках 3 и 4 представлены экспериментальные данные по температурной зависимости реальной и мнимой диэлектрической проницаемости окисленных образцов угля. Среди четырех образцов сырого угля диэлектрическая проницаемость образца угля CJ была наибольшей, около 45,9.4~20,16 в тестовом диапазоне частот и на порядок выше, чем действительная часть диэлектрической проницаемости остальных трех образцов угля. Вслед за образцами угля WS и CZ их реальные части диэлектрической проницаемости составляли примерно от 7,75 до 4,84 и от 7,36 до 4,60 соответственно. Действительная часть диэлектрической проницаемости образца угля ТС составляла от 6,24 до 4,51, что было наименьшим значением. Порядок значений мнимой и действительной диэлектрической проницаемости четырех сортов угля был одинаковым. Мнимая часть диэлектрической проницаемости рядового угля КС составляла около 20,9.От 8 до 8,36, сырой уголь WS составлял примерно от 1,81 до 0,21, сырой уголь CZ составлял примерно от 1,83 до 0,22, а сырой уголь TS составлял примерно от 0,95 до 0,11. По результатам экспресс-анализа углей содержание воды в рядовых углях CJ, WS, CZ и TS составило 19,51%, 0,89%, 0,79% и 0,55% соответственно, что соответствовало порядку относительной диэлектрической проницаемости угля. . Возможным объяснением этого может быть тот факт, что вода является сильно полярным материалом, который имеет относительную диэлектрическую проницаемость около 80 при нормальной температуре и давлении. Поскольку образцы угля содержали некоторое количество воды при начальной температуре, особенно образец угля CJ, они проявляли высокие действительные и мнимые части диэлектрической проницаемости.

    Рисунок 3

    Температурная зависимость реальной части четырех угольных диэлектрических постоянных на разных частотах. ( a ) 10 кГц, ( b ) 100 кГц, ( c ) 1000 кГц.

    Увеличить

    Рис. 4

    Температурная зависимость мнимой части четырехугольной диэлектрической проницаемости на разных частотах. ( a ) 10 кГц, ( b ) 100 кГц, ( c ) 1000 кГц.

    Увеличить

    Изменение диэлектрической проницаемости образца угля после термической обработки можно разделить на две стадии. 30 °С до 120 °С соответствовали стадии обезвоживания угля, а 120 °С до T 3 соответствует стадии поглощения кислорода. На трех частотах действительная и мнимая части диэлектрической проницаемости образцов углей КС резко снижаются на 83,3~74,6% и 93,5~97,1% соответственно при температуре от 30°С до 120°С, затем остаются практически неизменными от 120°С до . Т 3 . Мы могли видеть, что из-за высокой начальной диэлектрической проницаемости образца угля CJ характеристики изменения оставшихся трех образцов угля с температурой были замаскированы. Поэтому мы разделили результаты испытаний образцов угля WS, угля TS и угля CZ. Из рис. 3 и 4 также видно, что действительная и мнимая части диэлектрической проницаемости этих трех видов образцов угля имели сходную тенденцию изменения с повышением температуры. Действительная часть диэлектрической проницаемости образцов угля WS, угля CZ и угля TS монотонно уменьшалась на 27,0~16,7%, 31,0~18,5% и 31,7~22,0% между 30 °С и 120 °С. Мнимая часть трех проб угля монотонно уменьшалась на 58,0~38,1%, 61,2~54,5% и 76,8~81,8%.

    Возможны два объяснения уменьшения комплексной относительной диэлектрической проницаемости при повышении температуры от 30 °C до 120 °C. Возможной причиной этого может быть испарение воды. Другое возможное объяснение этого состоит в том, что вода испаряется из пор. Эти поры были эквивалентны большому количеству маленьких конденсаторов, встроенных в уголь. Поскольку эти конденсаторы были воздушными, имевшими низкую диэлектрическую проницаемость, общая относительная диэлектрическая проницаемость угля уменьшалась. Однако, поскольку объем пор был намного меньше объема самого угля, влияние объема пор на относительную диэлектрическую проницаемость угля может быть незначительным. Кроме того, на промышленном анализаторе типа ГФ-А6 была измерена влажность проб угля до 120 °С, как показано на рис. 3(а) и 4(а). При повышении температуры от 30 °С до 120 °С влажность образцов углей КС, WS, CZ и TS уменьшилась на 18,29%. %, 0,74%, 0,68% и 0,34% соответственно. Видно, что чем выше исходная влажность пробы угля, тем значительнее уменьшение действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости пробы угля. Диэлектрическая проницаемость образца угля КС снизилась более чем на 74,6 % в диапазоне испытательных частот 15 . Нагрели, а затем охладили образец угля с содержанием влаги 4%. Он обнаружил, что диэлектрическая проницаемость угля уменьшилась с 2,69 до 2,35, т. е. примерно на 12,6%. По сравнению с результатами его исследований снижение диэлектрической проницаемости образца угля в наших опытах составило от 16,7% до 83,3%, что явно выше 12,6%. Причина этого явления заключалась в том, что тестовая частота, использованная в нашем исследовании, была ниже, чем 2,216 ГГц, которые использовал он. Наши экспериментальные результаты также могут подтвердить это явление. Например, реальная диэлектрическая проницаемость угля CJ равнялась 47 на частоте 10 кГц. Он уменьшился до 37 на 100 кГц. Однако частота не оказала заметного влияния на тенденцию изменения диэлектрической проницаемости угля при самовозгорании. Таким образом, чем выше содержание влаги в сыром угле, тем более вероятно использование электромагнитного метода для прогнозирования возгорания угля. В то же время использование низкочастотной электромагнитной волны, насколько это возможно, при условии обеспечения разрешающей способности может повысить точность обнаружения пожара.

    Тип угля и минеральный состав также могут быть важными факторами, влияющими на диэлектрические свойства угля. Диэлектрическую проницаемость сухих образцов угля следует использовать, поскольку влага оказывает очень значительное влияние на диэлектрические свойства угля, при обсуждении влияния сорта угля и зольности на диэлектрическую проницаемость образцов угля. Из рис. 1 и 3 видно, что температура обезвоживания образцов углей КС составляет около 180 °С, а образцов углей ТS, CZ и WS – около 120 °С. Возьмем, к примеру, частоту 10 кГц, действительная часть диэлектрической проницаемости высушенного образца угля WS является наибольшей, около 5,67, за ней следуют CZ, CJ и TS, а действительные части их диэлектрических проницаемостей составляют 5,08, 4,73 и 4,26 соответственно. Мнимая часть диэлектрической проницаемости высушенного образца угля WS самая большая, около 0,76, за ней следуют CZ, CJ и CJ, их мнимые части диэлектрической проницаемости равны 0,71, 0,36 и 0,22. Эти результаты показывают, что чем выше марка угля, тем больше действительная и мнимая диэлектрическая проницаемость. Потому что чем выше сорт угля, тем выше степень ароматизации и больше внедоменных электронов может генерироваться при приложении электрического поля. Минеральный состав угля характеризуется в основном зольностью. По результатам промышленного анализа в табл. 1, уголь с наибольшей зольностью – уголь WS, что составляет около 13,97%, за которыми следуют CZ, TS и CJ с зольностью 10,84%, 10,00% и 5,72% соответственно. Результаты показывают, что чем выше зольность, тем больше диэлектрическая проницаемость образца обезвоженного угля.

    Диэлектрические постоянные образцов углей WS, CZ и TS достигли минимальных значений при 120 °C и составили 5,66–4,03, 5,08–3,75 и 4,26–3,52 соответственно. Действительная и мнимая части диэлектрической проницаемости каждого образца угля возрастали немонотонно между 120 °С и Т3, а максимальное значение получено при трех самых высоких температурах. Однако соответствующие температуры максимальных значений были разными, что могло быть вызвано систематическими ошибками измерения. Колебания роста относительной диэлектрической проницаемости угля после 120 °C могут быть связаны с химической реакцией поглощения кислорода углем. Активные восстановительные группы реагируют с кислородом при повышении температуры, а карбонильные (C=O) соединения (такие как альдегиды (RCHO), кетоны (RCOR’), карбоновые кислоты (RCOOH) и производные карбоновых кислот), эфиры (C– O) и оксиды неметаллов (Si–O) 26,27 . Эти кислородсодержащие соединения могут иметь относительно сильный поляризационный отклик под действием электрического поля, что приводит к увеличению диэлектрической проницаемости окисленных образцов угля.

    По мере окисления угля температура угля повышается, вода испаряется, а уголь становится сухим. Высушенный уголь дополнительно окисляется до окисленного угля. Результаты экспериментов показывают, что сырой уголь, сухой уголь и окисленный уголь имеют разные диэлектрические проницаемости, что отвечает основным требованиям электромагнитного обнаружения. Электромагнитные волны отражаются на границе раздела двух материалов с разными диэлектрическими проницаемостями, и чем значительнее разница между диэлектрическими проницаемостями двух материалов, тем очевиднее отражение. Если участок с потенциальным риском самовозгорания угля постоянно контролируется, а амплитуда и фаза временных электромагнитных сигналов изменяются, возможно, в этом районе происходит окисление угля.

    В предыдущей работе 28 мы предложили модель изменения диэлектрической проницаемости в зависимости от температуры без учета влажности. Однако из рис. 3 и 4, мы обнаружили, что высокое содержание воды может скрывать изменение диэлектрической проницаемости при повышении температуры. Таким образом, необходимо было обсудить образцы угля CJ с более высоким содержанием воды и образцы угля WS, CZ и TS с более низким содержанием воды, соответственно. Для дальнейшей оценки взаимосвязи между диэлектрической проницаемостью и температурой использовали простой метод статистического анализа. И диэлектрическая проницаемость образцов угля CZ и WS аномально уменьшилась при 320 °C. Было сочтено, что отклонение данных от нормы вызвано тем, что процесс подготовки этих двух видов образцов угля производился при одинаковой температуре, и поэтому эти данные были опущены. Результаты подгоночного анализа реальной и мнимой диэлектрической проницаемости и температуры угля на разных частотах суммированы на рис. 5 и 6. Как видно из рис. 5(а) и 6(а), значение реальной и мнимой диэлектрической проницаемости образцов углей КС с высоким содержанием воды можно описать биномиальной экспоненциальной моделью в процессе низкотемпературного окисления угля. Уравнение подгонки показано как уравнение. (5), где \(g(f)\) — функция частотной коррекции диэлектрической проницаемости угля. Коэффициент корреляции R 9{dT})$$

    (5)

    Рис. 5

    Аппроксимационные кривые зависимости действительной части диэлектрической проницаемости от температуры. ( a ) Подгоночная кривая образца угля CJ на трех частотах, ( b ) Подгоночная кривая образцов угля WS, CZ и TS на частоте 10  кГц, ( c ) Подгоночная кривая WS, CZ и TS образцы угля при 100 кГц, ( d ) Аппроксимирующие кривые образцов угля WS, CZ и TS при 1000 кГц.

    Полноразмерное изображение

    Рисунок 6

    Аппроксимационные кривые мнимой части диэлектрической проницаемости в зависимости от температуры. ( a ) Подгоночная кривая образца угля CJ на трех частотах, ( b ) Подгоночная кривая образцов угля WS, CZ и TS на частоте 10 кГц, ( c ) Подгоночная кривая WS, CZ, и образцы угля TS при 100 кГц, ( d ) Подгоночная кривая образцов угля WS, CZ и TS при 1000 кГц.

    Изображение в натуральную величину

    Таблица 3 Коэффициент корреляции R 2 и параметры подгоночных кривых действительной части диэлектрической проницаемости.

    Полная таблица

    Таблица 4 Коэффициент корреляции R 2 и параметры подгоночных кривых мнимой части диэлектрической проницаемости.

    Полноразмерная таблица

    Стало ясно, что между экспериментальными данными и уравнением биномиальной экспоненциальной регрессии наблюдается превосходное соответствие с коэффициентом корреляции выше 99%. Предэкспоненциальный множитель 9Было обнаружено, что 0037 a связаны с диэлектрической проницаемостью при комнатной температуре. Чем больше начальная диэлектрическая проницаемость, тем больше значение a , и наоборот. Таким образом, можно сделать вывод, что величина а зависела от влажности образцов угля, а b — от скорости потери воды. Второй член уравнения регрессии в основном играл роль в корректировке высокотемпературного участка.

    На рисунках 5(b–d) и 6(b–d) показаны аппроксимирующие кривые реальной и мнимой частей диэлектрической проницаемости угля WS, CZ и TS в зависимости от температуры соответственно. Из-за низкого содержания воды в этих трех образцах угля нельзя было игнорировать диэлектрические свойства угля в диапазоне температур от 120 °C до T3. Результаты подгонки кривых показали, что кусочно-линейная модель может описывать действительную и мнимую части диэлектрической проницаемости. Уравнение линейной регрессии показано как Eq. (6), где \(g(f)\) — частотная поправочная функция диэлектрической проницаемости угля, а коэффициент корреляции R 9\circ {\rm{C}}\le T\le {T}_{3})\end{array}$$

    (6)

    Как видно из таблиц 3 и 4, между температура и диэлектрическая проницаемость угля между 30 °C и 120 °C для коэффициента корреляции уравнения линейной регрессии более 94%. Вполне вероятно, что наклон уравнения линейной регрессии p и точка пересечения q определялись содержанием воды в угле и диэлектрической проницаемостью безводного угля. Например, образец угля TS имел самую низкую начальную диэлектрическую проницаемость, то есть образец угля имел самое низкое содержание влаги. Однако наклон уравнения подгонки был почти таким же, как для образцов угля WS и CZ. Причиной этого было то, что безводная диэлектрическая проницаемость образца угля TS была наименьшей. Коэффициенты корреляции уравнений регрессии между 120 °C и T 3 , показанные в таблицах 3 и 4, превышали 60%, за исключением образца угля TS при 100 кГц и 1000 кГц. Казалось, что существует сильная положительная линейная зависимость между диэлектрическими свойствами угля и температурой на стадии адсорбции кислорода (от 120 °C до T 3 ), хотя она не была столь очевидной, как на стадии обезвоживания. Наклон r и точка пересечения S уравнения линейной регрессии стадии низкотемпературного окисления могут зависеть от окислительных характеристик угля (например, различных реакций в процессе низкотемпературного окисления, типов и содержания кислородсодержащих соединений). ).

    Изменения функциональных групп окисленного угля

    Тип и содержание функциональных групп, которые являются важной характеристикой состава и структуры угля, изменяются на разных стадиях окисления угля. Изменения угольной составляющей и конструкции могут вызывать изменения относительной диэлектрической проницаемости. Следовательно, для понимания причин изменения диэлектрических свойств необходимо оценить эволюцию функциональных групп угля при низкотемпературном окислении. Многие ученые использовали FTIR-спектрометрию для характеристики компонента и структуры угля. Этот метод также используется в данном исследовании.

    Измерены инфракрасные спектры образцов угля WS, CZ и TS при температурах начала и окончания стадий водоотдачи и поглощения кислорода. Возьмем, к примеру, уголь WS. Исходные FTIR-спектры образца угля WS, обработанного при 30 °C, 120 °C и T 3 , показаны на рис. 7. Каждый FTIR-спектр для окисленных образцов угля на рис. 7 имеет два основных кислородных -содержащие функциональные группы области: эфирная область (от 1300–1110 см −1 ) и карбонильная область (от 1650–1750 см −1 ) 29,30,31,32 .

    .

    Изображение с полным размером

    Спектры FTIR основных кислородсодержащих функциональных групп показаны на рис. 8. Из графика видно, что ширина полосы и поглощение кислородсодержащих функциональных групп в образце угля увеличивались с увеличением повышение температуры. Пики были подвергнуты деконволюции и аппроксимации для более детального сравнения различий в кислородсодержащих функциональных группах между различными образцами угля 33,34,35 . Возьмем образец угля WS в качестве примера; результаты деконволюции области карбонильных функциональных групп показаны на рис. 9. Результаты выявили от 4 до 5 пиков поглощения в области 1800–1600 см -1 , которые были отнесены к различным карбонильным (C=O) соединениям. Кривые Гаусса использовались для всех пиков, а базовая линия была определена как линейная. Параметры, использованные для подбора пика, показаны в таблице 5. Разница в прозрачности образца угля вызвала наклон базовой линии инфракрасного спектра, что привело к небольшому смещению центра подобранного пика функциональной группы в разных пробы угля. Аппроксимированный спектр угля WS в районе 1800 9От 0346 -1 до 1600 -1 показано на рис. 10. Как показано на рис. 10, с повышением температуры группы карбоновой кислоты (RCOOH) увеличиваются наиболее значительно среди всех карбонильных соединений. От 30 °C до 120 °C карбоксильная группа WS почти не проявлялась в спектрах FTIR. Однако при температуре окисления выше 120 °C площадь пика поглощения группы карбоновой кислоты (1701 см -1 ) явно увеличивается, что указывает на значительное увеличение содержания группы карбоновой кислоты. Как видно на рис. 8, площадь пика простых эфиров незначительно варьируется между 30 и 120 °C. Когда температура достигает T 3 значение пика и площадь пика значительно увеличились по сравнению с температурой 120 °C. Пики в эфирной области (между 1300 и 1100 см -1 ) четко разделены, и, таким образом, нет необходимости проводить подгонку пиков.

    Рисунок 8

    FTIR-спектры основных кислородсодержащих функциональных групп образцов окисленного угля WS при температурах испытаний. Рис. −1 .

    Изображение полного размера

    Таблица 5. Пиковые параметры аппроксимации FTIR-спектра рядового угля WS в области 1800–1600 см −1 .

    Полноразмерная таблица

    Рис. 10

    Спектры, аппроксимированные кривой, в области 1800–1600 см −1 для 3 температур. ( a ) 30 °C, ( b ) 120 и ( c ) T 3 .

    Увеличить

    На основе кривых поглощения был проведен полуколичественный расчет для исследования изменения относительного содержания кислородсодержащих групп. Функциональная группа С=С считалась постоянной при низкотемпературном самовозгорании угля 36,37,38 . Таким образом, соотношение площадей пиков кислородсодержащих функциональных групп и групп С=С может адекватно характеризовать относительное содержание кислородсодержащих функциональных групп в процессе окисления. Были исследованы следующие соотношения: 1605 см -1 ) полоса

    На рисунке 11 показано относительное содержание простых эфиров и карбонильных соединений. Как показано на рис. 11, относительное содержание простых эфиров в угле было ниже, чем содержание карбонильных соединений. Относительное содержание как простых эфиров, так и карбонильных соединений в образцах угля при 30 °С и 120 °С заметно не изменилось. Из рисунка также видно, что при температуре окисления до T 3 относительное содержание эфиров в образцах углей CZ, TS и WS увеличилось на 0,47, 19,7 и 2,37 % соответственно; кроме образцов TS, относительное содержание CZ и WS несколько увеличилось. Относительное содержание карбонильных соединений в трех образцах угля увеличилось на 4,88, 17,41 и 13,71 % соответственно, причем больше всего увеличилось в образце TS.

    Рисунок 11

    Относительное содержание кислородсодержащих функциональных групп угля. ( а ) эфиры эфиры; ( b ) Карбонильное соединение.

    Изображение в полный размер

    Корреляция между структурными и материальными изменениями и диэлектрической реакцией на низкотемпературное окисление угля

    Схематическая диаграмма изменений в структуре и продукте во время самовозгорания угля была построена, чтобы проиллюстрировать влияние на диэлектрические свойства, как показано на рис.  12.

    Рис. 12

    Схематическая диаграмма эволюции материала и структуры угля в процессе низкотемпературного окисления.

    Увеличить

    Молекула воды в сыром угле производит интенсивную дипольную ориентационную поляризацию под действием внешнего электрического поля, поэтому диэлектрическая проницаемость сырого угля самая большая. Кроме того, уголь представляет собой сшитую макромолекулу, содержащую лишь небольшое количество диполей. Диполь имеет небольшую свободу движения, что приводит к слабой ориентационной поляризации. Следовательно, после потери сырым углем воды его диэлектрическая проницаемость достигает минимума. Углерод-углеродные \(\pi\)-связи существуют между слоями ароматического углерода, и электрон \(\pi\)-связи в кристаллическом углероде был типом локализованного электрона 39,40,41 . Локализованные электроны большую часть времени остаются в локализованных узлах, но иногда могут перескакивать на соседние локализованные узлы, что может привести к поляризации при определенных граничных условиях. Вероятность возникновения этих скачков может быть определена на основе расстояния между двумя местоположениями. Некоторыми исследованиями доказано, что после высокотемпературной обработки ароматическая структура угля становится более плотной. Это повышает вероятность скачка электронов и, таким образом, увеличивает диэлектрическую проницаемость угля. Однако для низкотемпературных углей самовозгорания ароматическая структура угля меняется мало. В результате влияние окисления на диэлектрическую проницаемость угля можно было объяснить по продукту окисления. При окислении угля радикал пероксида водорода, образующийся из алифатических боковых цепей, соединяется с атомом водорода с образованием пероксида (-O-O-) и нового центра атома углерода. Затем перекись водорода образовывала гидроксил (–ОН) и простые эфиры (С–О). Наконец, гидроксил (-OH) распадается и регенерируется в карбонильную группу. Поляризация материала может быть рассчитана как сумма ориентационной поляризации и индуцированного дипольного момента 9{2}/3{\varepsilon}_{0}kT+{N}_{m}\alpha $$

    (11)

    В уравнении (11), \({N}_{d}\) и \({N}_{m}\) — количество постоянных диполей и поляризуемых молекул соответственно. T — температура, \(\mu \) — дипольный момент, k — постоянная Больцмана, \(\alpha \) — поляризуемость молекулы. Средние значения типичных поляризуемости связей и типичные значения постоянных дипольных моментов связей и молекул показаны в таблице 6.  42 . В таблице 6 \({\alpha }_{M}\) – это средняя поляризуемость для всех трех направлений в единицах A 3 .

    Таблица 6 Поляризуемости и дипольные моменты химических связей.

    Полноразмерная таблица

    Как видно из Таблицы 6, средняя поляризуемость карбоксильных групп (C=O) составляет 1,20 А 3 . Это почти вдвое превышает среднее значение алифатической углерод-водородной связи (C–H). Мы также могли видеть, что дипольный момент карбоксила (C=O) равен 2,3 Дебая, что примерно в шесть раз больше дипольного момента углерод-водородной связи (C–H) и в три раза больше дипольного момента эфирной связи. В результате как ориентационная поляризация, так и индуцированный дипольный момент образцов окисленного угля значительно увеличились из-за увеличения содержания кислородсодержащих соединений. Таким образом, поляризация и диэлектрический отклик образцов угля, определяемые наложением обоих эффектов, усиливались. Можно также предположить, что наиболее существенную роль в диэлектрическом отклике угля среди кислородсодержащих соединений играют карбонильные соединения. Потому что в этом исследовании было обнаружено, что относительное содержание карбонильных соединений выше, чем у простых эфиров. Хотя неожиданно наблюдаемое относительное содержание эфиров в угле TS значительно увеличилось при T 3 повышение температуры карбонильных соединений в целом было более значительным, чем эфиров. А на участке 3.1 не наблюдалось значительного увеличения наклона уравнения линейной регрессии при значительном увеличении относительного содержания эфиров ТС угля при 120 °С до Т 3 . Это также доказывает, что влияние простых эфиров на диэлектрическую проницаемость самовозгорающихся углей менее существенно, чем влияние карбонильных соединений.

    Это также видно из уравнения. (11), что диэлектрические свойства самовоспламеняющегося угля тесно связаны с температурой в реальном времени. Диэлектрические свойства угля в основном изучались с точки зрения продуктов окисления из-за ограничений современных экспериментальных приборов. По мере испарения воды при самовозгорании угля ориентационная поляризация образца угля ослабевает. При этом на индуцированную поляризацию относительно меньше влияет температура. В результате, даже если температура не учитывалась, результаты все же могли отражать изменение диэлектрических свойств угля с температурой. Необходимо провести дальнейшие исследования для изучения изменений диэлектрических свойств в реальном времени в процессе самовозгорания угля.

    Заключение

    В этом исследовании была создана зависящая от температуры модель диэлектрической проницаемости самовозгорания угля на основе различного содержания влаги и объяснены принципы этих изменений от продуктов окисления. Были сделаны следующие основные выводы:

    1. (1)

      На основании разного содержания воды связь между диэлектрической проницаемостью угля и температурой при самовозгорании описывалась разными математическими моделями. Между диэлектрической проницаемостью и температурой (от 30 °C до T 3 ) для высоководных углей CJ, влажность которых 19,51%. Для углей CZ, WS и TS с меньшей влажностью, влажность которых колеблется от 0,89% до 0,55%, наблюдается выраженная кусочно-линейная зависимость между диэлектрической проницаемостью и температурой. Диэлектрическая проницаемость угля отрицательно линейно коррелирует с температурой на низкотемпературной стадии (от 30°С до 120°С) и положительно линейно коррелирует с температурой на высокотемпературной стадии (от 120°С до 9°С).0037 Т 3 ) соответственно.

    2. (2)

      Для образцов угля CJ с содержанием воды 19,51 % диэлектрическая проницаемость снизилась на 74,6 % из-за повышения температуры и потери воды. В то время как для трех других образцов угля с содержанием воды около 1 % диэлектрическая проницаемость уменьшилась всего на 16,7 % до 31,7 %. Кроме того, уменьшение частоты обнаружения в соответствии с разрешением способствует усилению эффекта водоотдачи угля. Поэтому мы считаем, что использование низкочастотных электромагнитных волн для прогнозирования возгорания угля с более высоким содержанием воды может дать лучшие результаты.

    3. (3)

      Дегидратация явилась причиной снижения диэлектрической проницаемости угля на низкотемпературной стадии. Увеличение относительного содержания кислородсодержащих функциональных групп, особенно карбонильных соединений, явилось причиной повышения диэлектрической проницаемости угля на высокотемпературной стадии. Поэтому для углей с меньшим содержанием воды увеличение диэлектрической проницаемости при низкотемпературном окислении (120 °С до Т 3 ) можно использовать как дополнение для повышения достоверности прогноза.

    Доступность данных

    Наборы данных, созданные и/или проанализированные в ходе текущего исследования, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.

    Ссылки

    1. Kuenzer, C. & Stracher, G.B. Геоморфология пожаров угольных пластов. Геоморфология 138 , 209–222 (2012).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

    2. Синь, М. Сегментированная электрическая характеристика самовозгорания угля и технология обнаружения переходных электромагнитных полей при локализации зоны возгорания в угольной шахте , Китайский горно-технологический университет (Пекин) (2016).

    3. Ян, Ф., Пэн, С.П., Цзянь-Вэй, М.А. и Шуанг, Х.Е. Спектральный анализ для георадарных съемок подземного угольного пожара в угольной шахте Вуда. Журнал Китайского угольного общества 35 , 770–775 (2010).

      Google ученый

    4. Gundelach, V. In Последние разработки в области исследований угольных пожаров — соединение науки, экономики и политики глобального бедствия стр. 93–98 (Берлин, 2010 г.).

    5. Катапано, И., Аффинито, А., Моро, А.Д., Алли, Г. и Солдовьери, Ф. Передний георадар с линейным методом обратного рассеяния. IEEE Transactions on Geoscience & Remote Sensing 53 , 5624–5633 (2015).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

    6. Эпов М. И., Морозова Г. М., Антонов Е. Ю., Кузин И. Г. Метод неразрушающего контроля технического состояния обсадных колонн нефтегазовых скважин на основе метода нестационарных электромагнитных помех. Journal of Mining Science 39 , 216–224 (2003).

      Артикул Google ученый

    7. Хён, С.Ю., Джо, Ю.С., О, Х.К., Ким, С.Ю. и Ким, Ю.С. Лабораторная уменьшенная модель георадара для обнаружения утечек в водопроводных трубах. Наука и технологии измерений 18 , 2791 (2007).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

    8. Деревья, HLV. Теория и приложения георадара. 51 , 595–604 (2009).

    9. Пэн З., Хван Дж. Ю., Ким Б. Г., Моурис Дж. и Хатчеон Р. Способность высоколетучего битуминозного угля поглощать микроволны в процессе пиролиза. Энергия и топливо 26 , 5146–5151 (2012 г. ).

      КАС Статья Google ученый

    10. Ван, К. Д., Ван, Г. Х., Чен, Б. и Ван, С. Дж. Характеристики поглощения микроволнового излучения на основе диэлектрической проницаемости лигнита Дуншэн во время пиролиза. Энергетические технологии 4 , 641–646 (2016).

      КАС Статья Google ученый

    11. Сюй, Л. и др. . Структурный порядок и диэлектрические свойства углей. Топливо 137 , 164–171 (2014).

      КАС Статья Google ученый

    12. Лян, С. У., Лю, Х., Цзинь, Ю., Фан, Б. и Цяо, X. Экспериментальное исследование диэлектрических свойств угольных полуфабрикатов при различных условиях производства угля. Производство тепловой энергии (2015).

    13. Марланд С., Мерчант А. и Роусон Н. Диэлектрические свойства угля. Топливо 80 , 1839–1849 (2001).

      КАС Статья Google ученый

    14. Сюй, Х. Измерение и испытание электрических параметров пласта и исследование взаимосвязи между электрическими параметрами пласта и петрологическими характеристиками угля. Угольная наука и технологии (2005).

    15. Сонг, З., Фань, Х., Цзян, Дж. и Ли, К. Изучение влияния поровой диффузии на кинетику тления угля с использованием 4-этапной модели химической реакции. Journal of Loss Prevention in the Process Industries 48 , 312–319 (2017).

      КАС Статья Google ученый

    16. Сонг, З., Хуанг, X., Луо, М., Гонг, Дж. и Пан, X. Экспериментальное исследование диффузионно-кинетического взаимодействия в гетерогенной реакции угля. Журнал термического анализа и калориметрии 129 , 1625–1637 (2017).

      КАС Статья Google ученый

    17. Сун, З., Ву, Д., Цзян, Дж. и Пан, X. Воздушный поток, управляемый термосолютной плавучестью, через термически разлагаемую тонкую пористую среду в U-образном канале: к пониманию постоянных подземных угольных пожаров. Прикладная теплотехника 159 , 113948 (2019).

      Артикул Google ученый

    18. Сун, З., Хуан, X., Цзян, Дж. и Пан, X. Лабораторный подход к CO 2 и коэффициентам выбросов CO от подземных угольных пожаров. Международный журнал угольной геологии 219 , 103382 (2020).

      Артикул Google ученый

    19. Чен Ю., Мори С. и Пан В. П. Изучение механизма воспламенения угольных частиц с помощью ТГ-ДТА. Thermochimica Acta 275 , 149–158 (1996).

      КАС Статья Google ученый

    20. Qu, L. Исследование характеристик угольной стадии и изменение критической точки самовозгорания , Китайский горно-технологический университет (Пекин) (2013).

    21. Ю М. Предупреждение и борьба с горными пожарами . 213 (Национальное издательство оборонной промышленности, 2013 г.).

    22. Сонг, З. и др. . Эффект дымохода, вызванный тлеющим огнем в U-образном пористом канале: механизм управления постоянными подземными угольными пожарами. Технологическая безопасность и защита окружающей среды (2020).

    23. Чжан, В. К. и др. . Реляционный анализ Грея в В-режиме правил изменения поверхностных функциональных групп при самовозгорании угля. Advanced Materials Research 236–238 , 762–766 (2011).

      Артикул Google ученый

    24. Чжоу, К. и др. . Исследование взаимосвязи микроскопических функциональных групп и изменения массы угля при низкотемпературном окислении угля. Международный журнал угольной геологии 171 , 212–222 (2017).

      КАС Статья Google ученый

    25. Чжу Х., Ван В., Ван Х., Чжао Х. и Синь М. Исследование электрических свойств угля при характеристической температуре самовозгорания. Журнал прикладной геофизики 159 , 707–714 (2018).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

    26. Генг В., Накадзима Т., Таканаши Х. и Оки А. Анализ карбоксильной группы в угле и ароматичности угля с помощью инфракрасной спектрометрии с преобразованием Фурье (FT-IR). Топливо 88 , 139–144 (2009).

      КАС Статья Google ученый

    27. Qi, X., Wang, D., Xin, H. & Qi, G. An Метод испытаний на месте для анализа изменений активных групп при окислении угля при низких температурах. Spectroscopy Letters 47 , 495–503 (2014).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

    28. Сюй, Т. и др. . In-situ FTIR серии с диффузным отражением, используемый при изучении процесса окисления угля. Источники энергии 36 , 1756–1763 (2014).

      КАС Статья Google ученый

    29. Чжан В. и др. . Термогравиметрическая динамика и FTIR-анализ окислительных свойств низкосортного угля при низких и умеренных температурах. Подготовка угля 35 , 39–50 (2015).

      Артикул Google ученый

    30. Ибарра, Дж. и Муньос, В. и Молинер. ИК-Фурье исследование эволюции структуры угля в процессе углефикации. Органическая геохимия 24 , 725–735 (1996).

      КАС Google ученый

    31. Араш Т., Ю. Дж., Хан Ю., Инь Ф. и Стоки Д. Изучение изменений химической структуры китайского лигнита при сушке в перегретом паре, микроволновой печи и горячем воздухе. Энергетика и топливо 26 , 3651–3660 (2012).

      Артикул Google ученый

    32. Чжан Ю. и др. . Кинетическое исследование изменений метильных и метиленовых групп при низкотемпературном окислении угля методом in-situ FTIR. Международный журнал угольной геологии 154–155 , 155–164 (2016).

      Артикул Google ученый

    33. Хан, Ф., Чжан, Ю. Г., Мэн, А. Х. и Цин-Хай, Л. И. FTIR-анализ юньнаньского лигнита. Журнал Китайского угольного общества 39 , 2293–2299 (2014).

      КАС Google ученый

    34. Lu, X., Zhao, H., Zhu, H., Han, Y. & Xue, X. Характерное правило склонности к самовозгоранию окисленного угля на стадии рецидива. Журнал Китайского угольного общества 43 , 2809–2816 (2018).

      Google ученый

    35. Cheng, D.K. & Education, P. Электромагнетизм поля и волн: международное издание. Human Resource Development Quarterly 3 , 239–242 (1989).

      Google ученый

    36. Форниесмаркина, Дж. М., Мартин, Дж. К., Мартинес, Дж. П., Миранда, Дж. Л. и Ромеро, К. Диэлектрические характеристики углей. Canadian Journal of Physics 81 , 599–610 (2003).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

    37. Селим М.М., Эль-Набарави Т.А., Гази Т.М. и Фарид Т. Связь между адсорбционными характеристиками полярных органических соединений (спиртов и кислот) и их ориентационной поляризацией на активированном угле. Углерод 19 , 161–165 (1981).

      КАС Статья Google ученый

    38. Jonscher, A.K. Диэлектрическая релаксация в твердых телах . 27–29 (2008).

    Скачать ссылки

    Благодарности

    Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая [номер гранта 51774290] и Пекинским муниципальным фондом естественных наук [номер гранта 2174084]. Автор благодарит г-на Хунру Чжао за проведение тестов FTIR. Мы признательны анонимным рецензентам за их конструктивные предложения по улучшению качества этой статьи.

    Информация об авторе

    Авторы и организации

    1. Школа аварийного управления и техники безопасности, Китайский горно-технологический университет (Пекин), Пекин, 100083, Китай

      Хунцин Чжу, Хаоран Ван, Вэй Ван и 90 Цзюли Лю 9003

    Авторы

    1. Hongqing Zhu

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    2. Haoran Wang

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    3. Wei Wang

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    4. Jiuli Liu

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    Вклады

    Хунцин Чжу разработал исследование. Хаоран Ван и Вэй Ван проводили эксперименты. Хаоран Ван участвовал в предварительной обработке и анализе данных, а также в создании рисунков. Джиули Лю участвовала в корректуре и исправлении.

    Автор, ответственный за переписку

    Хаоран Ван.

    Заявление об этике

    Конкурирующие интересы

    Авторы не заявляют о конкурирующих интересах.

    Дополнительная информация

    Примечание издателя Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

    Права и разрешения

    Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии, что вы укажете соответствующую ссылку на оригинальный автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons для статьи, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

    Перепечатка и разрешения

    Об этой статье

    Комментарии

    Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

    Скачать PDF

    Электрические свойства

    Формованные размеры важны для бизнеса: Открытие и доставка продукта.

    Ситуация с коронавирусом продолжает меняться ежедневно. Вот обновления от Molded Dimensions.

    1) Служащие: Мы инициируем работу на дому для должностей, где это возможно. Наши производственные сотрудники и другой необходимый персонал в Висконсине продолжают выходить на работу, и производство продолжается в обычном режиме. В дополнение к регулярной дезинфекции рабочих мест мы продолжаем предоставлять способы самодистанцирования и уменьшать перекрестное загрязнение между отделами и объектами.

    2) Снабжение сырьем: Мы продолжаем следить за нашей базой снабжения, чтобы обеспечить наличие запасов сырья для обеспечения бесперебойных поставок нашим клиентам.

    3) Производственное обязательство: Наши производственные сотрудники считаются «основными работниками критической инфраструктуры». Мы не планируем останавливать производство и отгрузку, если этого не требуют правительственные ограничения.

    С уважением,
    Патрик Родди
    вице-президент по продажам

    Наиболее часто измеряемые электрические свойства эластомеров следующие:

    1. Удельное сопротивление
    2. Диэлектрическая прочность
    3. Диэлектрическая проницаемость
    4. Коэффициент мощности

    Материалы, подходящие для электрических изоляторов, обладают высокой диэлектрической прочностью и удельным сопротивлением, а также низкими диэлектрической проницаемостью и коэффициентом мощности. Такая комбинация получается редко, поскольку также требуются сопутствующие физические и химические свойства. Не существует какого-то одного лучшего материала, но уретан предлагает удачное сочетание свойств.

    Удельное сопротивление постоянному току

    Удельное сопротивление постоянному току или объемное удельное сопротивление аналогично сопротивлению изоляции в том смысле, что оба они указывают величину электрического тока, который, как ожидается, пройдет через образец, расположенный между двумя электродами. Это испытание можно использовать для проверки пригодности эластомерной композиции для электроизоляции.

    Удельное сопротивление или удельное сопротивление электрическому току обычно считается свойством постоянного тока и измеряется как таковое. Его можно определить как сопротивление между противоположными гранями единичного куба, где были приняты меры предосторожности, чтобы ток не протекал по остальным четырем граням куба. 97 Ом-см. Проводящие соединения находят свое основное применение там, где требуется рассеяние статического электричества.

    Диэлектрическая прочность

    Диэлектрическая прочность эластомера представляет собой напряжение, необходимое для прокола образца известной толщины, и выражается в вольтах на мил толщины. Скорость приложения напряжения, геометрия электродов и форма испытуемого образца влияют на получаемые результаты.

    Диэлектрическая проницаемость и коэффициент мощности

    Диэлектрическая проницаемость, или удельная индуктивная способность (SIC), является мерой способности изолятора накапливать электрическую энергию. Диэлектрическая проницаемость представляет собой отношение электрической емкости конденсатора, использующего испытуемый эластомер в качестве диэлектрика, к емкости аналогичного конденсатора, использующего воздух в качестве диэлектрика. Одним из факторов, влияющих на диэлектрическую проницаемость, является частота, и испытания могут проводиться от 25 циклов в секунду до многих мегациклов в секунду.

    Коэффициент мощности электроизоляционного материала указывает на его склонность к выделению тепла в процессе эксплуатации. Если конденсатор, в котором в качестве диэлектрика используется эластомер, заряжается постоянным током, а затем сразу же разряжается, происходит потеря энергии в виде тепла. Если этот конденсатор многократно заряжать и разряжать переменным током, электрические потери приводят к нагреву. Отношение этих потерь к энергии, необходимой для зарядки конденсатора, известно как коэффициент мощности. Он выражается в виде десятичной дроби или процента зарядной энергии.

    Уретан использовался в герметизирующих и изоляционных композициях при частотах до 100 кГц при температуре 212°F. Его естественная прозрачность позволяет легко осматривать инкапсулированные сборки, а гибкость и прочность уретана помогают защитить сборки от повреждений. Электрические свойства вулканизатов уретана, измеренные при различных температурах и частотах, показаны в Таблице I.15 784 4,5 1,6

    Основные полимеры могут быть модифицированы эпоксидными смолами для улучшения электрических свойств. Это показано в Таблице II.

    ТАБЛИЦА II

    911
    Физические свойства    
    Твердость по дюрометру   55А 90А 50Д
    Электрические свойства   0,1 кГц 100 кГц 0,1 кГц 100 кГц 0,1 кГц 100 кГц
    Коэффициент мощности, %
    ASTM D150
    75Ф 2,15 9,5 4,7 5,92 7,25 4,35
      158Ф 9,05 6,5 9,45 4,15 6,65 4,75
      212Ф 20.07 6,95 12,6 3,9 8,75 4,00
    Диэлектрическая проницаемость (SIC)
    ASTM D150
    75Ф 11. 10 9,41 9,37 7,78 9,25 7,58
      158Ф 11,83 10,83 11.05 9,62 11,65 9,74
    Диэлектрическая прочность, В/мил
    ASTM D-149
    75Ф 450-500 650-700

    1 Герц (Гц) = 1 цикл в секунду 90 191 1 кГц = 1000 циклов в секунду
    kc = килоцикл = 1000 циклов в секунду

    Связь между диэлектрическими свойствами, термоакустическими сигналами и температурой тканей печени на частоте 3,0 ГГц

    Введение

    Гипертермия — это медицинское лечение, при котором биологические ткани подвергаются воздействию высоких температур для разрушения и уничтожения раковых клеток, и оно стало важным методом лечения опухолей в дополнение к хирургическому лечению, химиотерапии, лучевой терапии и иммунотерапии. Ключом к локальной термической абляции является создание зоны некроза, полностью покрывающей опухоль. Таким образом, оценка процесса абляции и запаса прочности в режиме реального времени имеет важное значение. Термическая абляция в основном используется для лечения опухолей печени размером менее 3 см [1]; однако с расширением показаний одиночные опухоли печени размером менее, например, 5 см также можно лечить с помощью термической абляции [2], что делает оценку пределов безопасности более важной для обеспечения полной абляции опухоли. Диэлектрические свойства биологических тканей несут обильную физиологическую и патологическую информацию, но они чувствительны к факторам окружающей среды, особенно к влиянию температуры [3, 4]. Поэтому во время термической абляции необходимо учитывать изменения диэлектрических свойств ткани. Кроме того, знание температурно-зависимых диэлектрических свойств тканей печени важно для методов визуализации, которые генерируют изображения на основе различий в диэлектрических свойствах.

    С тех пор как была признана важность диэлектрических свойств биологических тканей для диагностики и лечения заболеваний, многие исследователи изучали диэлектрические свойства биологических тканей человека или животных [5–7]. Хотя в нескольких исследованиях изучались диэлектрические свойства тканей печени на разных частотах при комнатной температуре [8, 9], диэлектрические свойства тканей печени при разных температурах требуют дальнейшего изучения. В последнее время появились исследования зависимости диэлектрических свойств тканей печени от температуры [10–15]. Хотя большинство этих исследований были ограничены узким диапазоном частот 460–480 кГц (частоты РЧ), они показали, что диэлектрические свойства ткани печени зависят от температуры. В последние годы все большее внимание привлекают диэлектрические свойства биологических тканей в СВЧ-диапазоне [14, 16]. Однако температурно-зависимые диэлектрические свойства тканей печени в диапазоне температур 30°С–60°С на частоте 3,0 ГГц изучены лишь частично. В клинической термической абляции в основном используется частота 2,45 ГГц. Таким образом, необходимо дальнейшее изучение температурно-зависимых диэлектрических свойств тканей печени в процессе нагревания и охлаждения.

    Термоакустическая визуализация (ТАИ) — это новый метод визуализации, который может отражать биологические характеристики (особенно диэлектрические свойства) тканей посредством термоакустических эффектов и имеет преимущества высокой контрастности микроволнового изображения и высокого разрешения ультразвукового изображения [17]. . В некоторых исследованиях изучалась взаимосвязь между термоакустическими сигналами (ТАС) и температурой в фантомных и биологических тканях [18, 19], в то время как в нескольких исследованиях одновременно изучались температурно-зависимые ТАС и диэлектрические свойства в тканях печени [19]., 20]. Между тем, сочетание температуры, диэлектрических свойств и ТАС имеет определенное руководящее значение для теоретического изучения ТАИ для выявления границ безопасности абляции. Кроме того, частота TAI составляет 3,0 ГГц, что близко к частоте, используемой для микроволновой абляции (2,45 ГГц), и диэлектрические свойства ткани печени на этих двух частотах аналогичны [5]. Таким образом, это исследование было направлено на изучение изменений диэлектрических свойств ткани печени свиньи ex vivo в процессе нагревания и охлаждения, а также температурной зависимости TAS на частоте 3,0 ГГц.

    Материалы и методы

    В этом исследовании свежую ткань свиной печени получали с местной бойни. Все ткани печени свиньи, использованные в эксперименте, были получены от разных людей, чтобы свести к минимуму ошибку выборки. Для экспериментов использовали однородные блоки свиной печени размером не менее 3*3 см 2 . Каждую ткань печени свиньи ex vivo заворачивали в алюминиевую фольгу, чтобы она оставалась свежей перед экспериментами. Начальная температура в начале экспериментов составляла примерно 30°С.

    Калибровка устройства для измерения диэлектрических свойств

    Измерение диэлектрических свойств проводилось с помощью открытой коаксиальной системы [21], как показано на рис. тонкий медный лист. Затем устанавливали открытый стандарт, помещая зонд в свободное пространство, и завершали нагрузочный стандарт, погружая зонд в деионизированную воду. После калибровки работоспособность коаксиального зонда была проверена путем измерения электропроводности чистой воды в процессе нагрева и охлаждения, что показано на рис. 2.9.0003

    РИСУНОК 1 . Схематическая диаграмма (A) и изображение (B) экспериментальной установки для измерения диэлектрических свойств в ex vivo тканей печени. Ткань печени свиньи помещали на поверхность нагревательной платформы, а датчик для определения диэлектрических свойств и температурные датчики вводили в ткани печени с интервалом 1,5 см.

    РИСУНОК 2 . Изменение электропроводности чистой воды в зависимости от температуры. Проводимость чистой воды постепенно уменьшалась в процессе нагрева и постепенно увеличивалась в процессе охлаждения.

    Измерение диэлектрических свойств тканей печени

    На рисунках 1A и B показано расположение коаксиального зонда и термометра. Ткани печени свиньи ex vivo помещали на нагревательную платформу (JF-956K, Тяньцзинь, Китай), а температуру нагревательной платформы контролировали с помощью внешней системы регулирования температуры. Для измерения температуры тканей печени использовали цифровой термометр (Omega Engineering, Inc., Stanford, CT). Зонд для измерения диэлектрических свойств вставляли на глубину 0,5 см в центр ткани печени, а два температурных зонда вставляли на одинаковую глубину в той же плоскости примерно в 1,5 см от зонда для тестирования диэлектрических свойств. Измерительная система оставалась неподвижной на протяжении всего эксперимента. Всего в исследовании использовали четыре ткани печени. Зонд протирали чистой индикаторной бумагой перед измерением различных тканей печени, чтобы остатки зонда не влияли на результаты теста.

    Измерение термоакустического сигнала тканей печени

    Термоакустический сигнал (ТАС) был получен с помощью ранее описанной системы на основе матричных преобразователей [22] [на рис. 3А представлена ​​схема системы визуализации ТА]. Вкратце, импульсные микроволны, излучаемые самодельным микроволновым генератором (частота: 3,0 ГГц, полоса пропускания: 50 МГц, пиковая мощность: 60 кВт, длительность импульса: 550 нс), передавались на переносную антенну [23] через полужесткий коаксиальный кабель ( длиной 1,5 м с вносимыми потерями 2,2 дБ). Фактическая средняя плотность мощности микроволн в печени составляла всего приблизительно 15,0 мВт/см 9 .0346 2 при использовании частоты повторения 50 Гц и длительности импульса 550 нс, что ниже стандарта IEEE для уровней безопасности (20 мВт/см 2 при 3,0 ГГц) [24]. Возбужденный TAS был захвачен 128-элементным линейным преобразователем (центральная частота 8,5 МГц, SH7L38, SASET. Inc., Китай) и дополнительно усилен самодельными 128-канальными усилителями (полоса пропускания: 0,2–2,5 МГц, усиление: 56 дБ). Наконец, TAS усреднялась 50 раз и записывалась двумя 32-канальными картами сбора данных (NI5752, NI Inc. , США) с частотой дискретизации 50 МП. Изображения ТА были восстановлены с использованием алгоритма задержки и суммирования, созданного MATLAB (Mathworks Inc., Natic, MA) [25]. Для исследования взаимосвязи между TAS и температурой ткани печени были получены изображения TA (рис. 3B, C), а сумма площадей внутри белого квадрата рассматривалась как TAS для дальнейшего анализа.

    РИСУНОК 3 . Схема системы визуализации ТА (A) и соответствующие изображения ТА ткани печени свиньи при 35 и 60°C (B, C) .

    В процессе нагревания температуру ткани печени постепенно повышали до 60°C, регулируя мощность нагревательной плиты. Когда температура ткани печени достигала 60°С, нагревательную платформу выключали для естественного охлаждения ткани печени до комнатной температуры. Диэлектрические свойства и ТАС 9Было измерено 1892 ex vivo ткани печени свиньи при температурах в диапазоне от комнатной температуры (30°C) до 60°C на частоте 3,0 ГГц (частота, используемая для термоакустической визуализации). Температуру выше 60°С не пробовали, так как ожидались значительные физиологические изменения в тканях выше 56°С-60°С [26, 27], что также является показателем эффективного разрушения опухоли при термической абляции [28]. Диэлектрические свойства и TAS измерялись через каждый 1°C в течение всего процесса нагрева и охлаждения. Взаимосвязь между диэлектрическими свойствами (диэлектрической проницаемостью и проводимостью), TAS и температурой ткани печени на частотах 3,0 ГГц была выражена путем подбора полиномиальной кривой. Более высокие корреляции имеют коэффициент корреляции, R 2 , ближе к 1.

    Результаты

    Связь между проводимостью чистой воды и температурой

    Проводимость чистой воды постепенно уменьшалась в процессе нагрева и постепенно увеличивалась в процессе охлаждения, что соответствует с другими исследованиями [29] (рис. 2). Это может быть связано с более высокими температурами, что приводит к более интенсивному тепловому движению молекул воды, что затрудняет создание однородной поляризации.

    Температурно-зависимые диэлектрические свойства и термоакустические сигналы

    Ex Vivo Ткань печени свиньи

    В целом, диэлектрические свойства и изменения TAS тканей печени в зависимости от температуры были одинаковыми во всех испытуемых группах. В процессе нагревания до 60°C проводимость тканей свиной печени уменьшалась с температурой (рис. 4), диэлектрическая проницаемость (рис. 5) и ТАС (рис. 6) тканей свиной печени увеличивались, при этом зависимости были нелинейно коррелированы. . Между тем, в процессе охлаждения проводимость тканей свиной печени увеличивалась с температурой, а диэлектрическая проницаемость и термоакустические сигналы уменьшались, и зависимости также были нелинейно коррелированы.

    РИСУНОК 4 . Изменение свойств проводимости ткани печени ex vivo в процессе нагревания и охлаждения. Красные линии на рисунках (A–D) представляют полиномиальную аппроксимацию проводимости ткани печени в процессе нагревания со значениями R 2 0,955–0,9948. Черная линия представляет полиномиальную кривую проводимости ткани печени в процессе охлаждения с R 2 0,99–0,9994. Результаты показывают почти нелинейную зависимость между проводимостью тканей печени и температурой.

    РИСУНОК 5 . Изменения диэлектрической проницаемости ткани печени ex vivo в процессе нагревания и охлаждения. Красные линии на рисунках (A–D) представляют собой аппроксимацию полиномиальной кривой диэлектрической проницаемости ткани печени в процессе нагрева со значениями R 2 , равными 0,9.825–0,9952. Черная линия представляет собой аппроксимацию полиномиальной кривой диэлектрической проницаемости ткани печени в процессе охлаждения с R 2 0,9839–0,9948. Результаты показывают почти нелинейную зависимость между диэлектрической проницаемостью ткани печени и температурой.

    РИСУНОК 6 . Термоакустические сигналы изменяют ткань печени ex vivo в процессе нагревания и охлаждения. Красная линия на рисунке (A,B) представляет полиномиальную аппроксимацию термоакустического сигнала ткани печени в процессе нагревания с R 2 значения 0,8745–0,9714. Черная линия представляет собой аппроксимацию полиномиальной кривой термоакустического сигнала ткани печени в процессе охлаждения с R 2 0,7509–0,9178. Результаты показывают, что зависимость между термоакустическим сигналом ткани печени и температурой практически нелинейна.

    Кроме того, при процессах нагрева и охлаждения тканей печени скорости изменения проводимости на градус составили 0,0035 ± 0,0025 и 0,0038 ± 0,0043 соответственно. Скорость изменения диэлектрической проницаемости на градус составила 0,0274 ± 0,0130 и 0,0263 ± 0,0105 соответственно. Скорости изменения проводимости и диэлектрической проницаемости тканей печени в процессе нагревания и охлаждения представлены на рис. 7.9.0003

    РИСУНОК 7 . Скорость изменения проводимости и диэлектрической проницаемости тканей печени в процессе нагревания и охлаждения. В процессе нагревания и охлаждения тканей печени скорость изменения проводимости на градус составила 0,0035 ± 0,0025 и 0,0038 ± 0,0043, соответственно (А) , а скорость изменения диэлектрической проницаемости на градус составила 0,0274 ± 0,0130 и 0,0263 ± 0,0105, соответственно (Б) .

    В процессе нагрева и охлаждения проводимость и диэлектрическая проницаемость в одной и той же температурной точке различны, и на рисунке 8 показана кривая изменения разницы.

    РИСУНОК 8 . Разница между проводимостью (A–C) и диэлектрической проницаемостью (D–F) тканей печени в одной и той же температурной точке в процессе нагревания и охлаждения.

    Обсуждение

    В этом исследовании изучалось изменение диэлектрических свойств и TAS свежей ткани свиной печени ex vivo в зависимости от температуры. Результаты показали, что диэлектрическая проницаемость, проводимость и TAS тканей печени свиньи регулярно изменялись при изменении температуры на частоте 3,0 ГГц. В последнее время проводится все больше исследований диэлектрических свойств печени в радиочастотном (РЧ) и микроволновом (СВЧ) диапазонах частот при изменении температуры.

    В диапазоне радиочастот [10] исследовали температурно-зависимую проводимость in vivo и ex-vivo на частоте 470 кГц, и результаты показали, что проводимость непрерывно и равномерно увеличивалась от температуры тела до 77°C, и непрерывное снижение проводимости наблюдалось во время фазы охлаждения. Кроме того, [11] измерили диэлектрические свойства печени свиньи ex vivo до 100°C при 480 кГц и обнаружили увеличение проводимости с температурой. Кроме того, в работе [12] была измерена проводимость ткани печени на частоте 500 кГц в диапазоне температур от 40 до 90°С. Они обнаружили, что проводимость увеличивалась с температурой, и это изменение было необратимым при температуре выше 60°C. Исследование [30] показало, что на частоте 915 МГц диэлектрическая проницаемость бычьей печени ex vivo уменьшалась с температурой, а проводимость постепенно увеличивалась.

    Однако частота радиочастотной абляции ниже частоты микроволновой абляции. На сегодняшний день было найдено лишь несколько исследований температурно-зависимых свойств проводимости тканей печени на более высокой частоте (1–3 ГГц). [14] показали значительное снижение проводимости (приблизительно на 33%) в ткани печени на частоте 2,45 ГГц при повышении температуры выше 60 °C с резким падением при температуре, близкой к 100 °C. [31] исследовали изменения диэлектрических свойств ткани печени при 915 и 2,45 ГГц при температуре до 100 °C. Их исследование показало, что диэлектрическая проницаемость и проводимость существенно и необратимо уменьшаются при высоких температурах. Интересно, что, как видно из графиков, представленных в их результатах, при температуре ниже 60°С проводимость увеличивалась с повышением температуры на частоте 915 МГц и уменьшалась с повышением температуры на частоте 2,45 ГГц. Результаты электропроводности тканей печени при повышении температуры на более высоких частотах согласуются с нашим исследованием. По-видимому, на более низкой частоте (ниже 1 ГГц) проводимость ткани печени увеличивается с температурой, а на более высокой частоте (1–3 ГГц) с температурой снижается. Это связано с тем, что ионные потери увеличиваются с температурой, а в процессе релаксации преобладают ионные потери на низких частотах и ​​диэлектрические потери на более высоких частотах.

    Наше исследование показало, что изменения диэлектрической проницаемости и проводимости тканей печени в зависимости от температуры были нелинейными на частоте 3,0 ГГц. Кроме того, в предыдущих исследованиях сообщалось, что диэлектрические свойства не всегда линейны в широком диапазоне температур и частот [15, 32]. Однако исследования показали, что температурные коэффициенты диэлектрической проницаемости и проводимости линейны, что может быть использовано для дальнейшего вывода диэлектрических свойств биологических тканей [30, 33]. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, существует ли линейная зависимость между температурой и диэлектрической проницаемостью и проводимостью биологических тканей. Кроме того, мы обнаружили, что при повышении температуры диэлектрические свойства тканей печени необратимо изменяются; то есть в одной и той же температурной точке в процессе нагрева и охлаждения проводимость и диэлектрическая проницаемость были разными. Это изменение наиболее заметно при достижении температуры 45°С, что может быть связано с усугублением повреждения клеток тканей после превышения температуры 45°С [34, 35], а не с обезвоживанием тканей, так как значительное обезвоживание тканей происходит при повышении температуры. достигает 100°С. В этом исследовании мы дополнительно исследовали изменения термоакустических сигналов тканей печени в зависимости от температуры. Результаты показали, что ОАС тканей печени увеличивалась с повышением температуры и снижалась в процессе охлаждения. [19] исследовали взаимосвязь между ТАС и температурой в свиной печени in vitro , и результаты показали, что термоакустический сигнал увеличивался с температурой (30°C–50°C), и связь была нелинейной, что согласуется с нашими результатами. . Изменения в TAS согласовывались с изменениями диэлектрической проницаемости в зависимости от температуры, что может служить теоретическим руководством для термоакустической визуализации, позволяющей отличить аблированную ткань от нормальной ткани.

    Однако текущее исследование имеет некоторые ограничения. При микроволновой абляции для термической абляции используется частота 2,45 ГГц, что немного отличается от частоты, используемой для TAI (3,0 ГГц). Однако, согласно предыдущему исследованию [36] и сайту открытых данных «Расчет диэлектрических свойств тканей тела в диапазоне частот 10 Гц–100 ГГц» [5], диэлектрические свойства печени на частоте 2,45 ГГц (s = 1,6864 См/м, εr = 43,035) и 3,0 ГГц (s = 2,0755 См/м, εr = 42,165). Кроме того, результаты были получены из in vitro ткани печени свиньи, что может отличаться от in vivo экспериментов. Наконец, ткани печени свиньи, использованные в эксперименте, были получены от разных людей, но полученные диэлектрические свойства и термоакустические сигналы показали постоянную зависимость от температуры.

    Заключение

    В этом исследовании мы исследовали зависящие от температуры диэлектрические свойства и TAS ткани печени свиньи на частоте 3,0 ГГц. Результаты экспериментов показали, что диэлектрические свойства и ТАС ткани печени свиньи значительно изменяются с температурой, что позволяет дифференцировать запас прочности при абляции печени методом термоакустической визуализации. Тем не менее, взаимосвязь между температурой, диэлектрическими свойствами и TAS требует дальнейшего изучения, особенно количественная корреляция между TAS и температурой, которая будет полезна при количественной оценке границ клинической термоабляции.

    Заявление о доступности данных

    Первоначальные материалы, представленные в исследовании, включены в статью/дополнительный материал, дальнейшие запросы можно направлять соответствующим авторам.

    Заявление об этике

    Исследование на животных было рассмотрено и одобрено Западно-китайской больницей Сычуаньского университета.

    Вклад авторов

    Дизайн исследования: Все авторы. Сбор данных: JL, YP и LH. Анализ и интерпретация данных: JL и LH. Написание рукописи: JL. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

    Финансирование

    Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (№№ 82001832, 81701702 и 82071940).

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Примечание издателя

    Все утверждения, изложенные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно представляют претензии их дочерних организаций, издателя, редакторов и рецензентов. Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или претензии, которые могут быть сделаны его производителем, не гарантируются и не поддерживаются издателем.

    Ссылки

    1. Vogl T, Nour-Eldin N-E, Hammerstingl R, Panahi B, Naguib N. Микроволновая абляция (MWA): основы, техника и результаты при первичных и метастатических новообразованиях печени – обзорная статья. Fortschr Röntgenstr (2017) 189:1055–66. doi:10.1055/s-0043-117410

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    2. Дэн М., Ли С.-Х., Го Р.-П. Последние достижения в местной термальной абляционной терапии гепатоцеллюлярной карциномы. Хирург Am (2021) 000313482110545 Epub перед печатью. doi:10.1177/00031348211054532

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    3. Геддес Л.А., Бейкер Л.Е. Удельное сопротивление биологического материала — сборник данных для инженера-биомедика и физиолога. Med Biol Engng (1967) 5:271–93. doi:10.1007/BF02474537

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    4. Зия Г., Себек Дж., Пракаш П. Температурно-зависимые диэлектрические свойства миомы матки человека в диапазоне микроволновых частот. Biomed Phys Eng Express (2021) 7:065038. doi:10.1088/2057-1976/ac27c2

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    5. Андреуккетти Д., Фосси Р., Петруччи С. Расчет диэлектрических свойств тканей тела в диапазоне частот 10 Гц–100 ГГц Флоренция: IFAC-CNR 1997–2015 . (Флоренция (Италия): Институт прикладной физики). (2021). http://niremf.ifac.cnr.it/tissprop/htmlclie/htmlclie.php.

    6. Габриэль С., Пейман А., Грант Э.Х. Электропроводность тканей на частотах ниже 1 МГц. Phys Med Biol (2009) 54:4863–78. doi:10.1088/0031-9155/54/16/002

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    7. Йилмаз Т., Атес Алкан Ф. In Vivo Диэлектрические свойства здоровых и доброкачественных тканей молочной железы крыс в диапазоне частот от 500 МГц до 18 ГГц. Датчики (2020) 20:2214. doi:10.3390/s20082214

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    8. Wang L, Wang H, Xu C, Ji Z, Li J, Dong X и другие. Диэлектрические свойства активной печени, почек и селезенки человека по сравнению с характеристиками соответствующих неактивных тканей, тканей свиней и данными, предоставленными базой данных, в диапазоне частот от 10 Гц до 100 МГц. IEEE Trans Biomed Eng (2021) 68: 3098–109. doi:10.1109/TBME.2021.3065016

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    9. O’Rourke AP, Lazebnik M, Bertram JM, Converse MC, Hagness SC, Webster JG, et al. Диэлектрические свойства нормальной, злокачественной и цирротической ткани печени человека: измерения in Vivoandex Vivo от 0,5 до 20 ГГц с использованием прецизионного коаксиального датчика с открытым концом. Phys Med Biol (2007) 52:4707–19. дои: 10.1088/0031-9155/52/15/022

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    10. Zurbuchen U, Holmer C, Lehmann KS, Stein T, Roggan A, Seifarth C, et al. Определение зависящей от температуры электропроводности ткани печени Ex Vivo и In Vivo : значение для планирования терапии радиочастотной абляции опухолей печени. Int J Hyperthermia (2010) 26:26–33. doi:10.3109/02656730

    6442

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    11. Macchi EG, Gallati M, Braschi G, Persi E. Диэлектрические свойства ткани печени RF Heatedex Vivoporcine на частоте 480 кГц: измерения и моделирование. J Phys D: Appl Phys (2014) 47:485401. doi:10.1088/0022-3727/47/48/485401

    CrossRef Full Text | Google Scholar

    12. Райан Т.П., Платт Р.К., Дадд Дж.С., Хамфрис С. Электрические свойства ткани как функция тепловой дозы для использования в модели конечных элементов. Adv Тепломассоперенос Биотехнология (1997) 355:167–71.

    Google Scholar

    13. Fallahi H, Sebek J, Prakash P. Широкополосные диэлектрические свойства ткани бычьей печени Ex Vivo при абляционных температурах. IEEE Trans Biomed Eng (2021) 68:90–8. doi:10.1109/TBME.2020.2996825

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    14. Лопресто В., Пинто Р., Ловисоло Г.А., Каваньяро М. Изменения диэлектрических свойств печени вивобовина во время микроволновой термической абляции на частоте 2,45 ГГц. Phys Med Biol (2012) 57:2309–27. doi:10.1088/0031-9155/57/8/2309

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    15. Fu F, Xin SX, Chen W. Зависящие от температуры и частоты диэлектрические свойства биологических тканей в диапазонах температур и частот, обычно используемых для магнитно-резонансной томографии под контролем сфокусированного ультразвука. Int J Hyperthermia (2014) 30:56–65. doi:10.3109/02656736.2013.868534

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    16. Silva NP, Bottiglieri A, Conceição RC, O’Halloran M, Farina L. Характеристика тепловых свойств печени Ex Vivo для электромагнитной гипертермической терапии. Датчики (2020) 20:3004. doi:10.3390/s20103004

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    17. Крюгер Р.А., Райнеке Д.Р., Крюгер Г.А. Термоакустическая компьютерная томография – технические аспекты. Med Phys (1999) 26:1832–7. дои: 10.1118/1.598688

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    18. Праманик М., Ван Л.В. Термоакустическое и фотоакустическое зондирование температуры. J Biomed Opt (2009) 14:054024. doi:10.1117/1.3247155

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    19. Лу С., Син Д. Мониторинг температуры с использованием термоакустических сигналов во время импульсной микроволновой термотерапии: технико-экономическое обоснование. Int J Hyperthermia (2010) 26:338–46. дои: 10.3109/026567310035

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    20. Чжоу Т., Мини П.М., Хупс П.Дж., Геймер С.Д., Полсен К.Д. Микроволновая тепловизионная визуализация сканированного сфокусированного ультразвукового нагрева: эксперименты на животных. Proc SPIE (2011) 7901:79010N. doi:10.1117/12.877584

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    21. Ла Джоя А., Портер Э., Мерунка И., Шахзад А., Салахуддин С., Джонс М. и др. Метод коаксиального зонда с открытым концом для измерения диэлектрической проницаемости биологических тканей: проблемы и распространенная практика. Диагностика (2018) 8:40. doi:10.3390/diagnostics8020040

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    22. Чжэн З., Хуан Л., Цзян Х. Термоакустическая визуализация кровеносных сосудов человека без меток In Vivo . Appl Phys Lett (2018) 113:253702. doi:10.1063/1.5054652

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    23. Huang L, Li T, Jiang H. Техническое примечание: термоакустическая визуализация геморрагического инсульта: технико-экономическое обоснование с человеческим черепом. Медицинская физика (2017) 44:1494–9. doi:10.1002/mp.12138

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    24. IEEE. Стандарт IEEE для уровней безопасности в отношении воздействия на человека радиочастотных электромагнитных полей от 3 кГц до 300 ГГц. Стенд IEEE (1999) C95:1. doi:10.1109/IEEEESTD.1999.89423

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    25. Hoelen CGA, Mul FFM. Реконструкция изображения для фотоакустического сканирования тканевых структур. Appl Opt (2000) 39:5872–83. doi:10.1364/ao.39.005872

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    26. Bircan C, Barringer SA. Определение денатурации белков мышечной пищи по диэлектрическим свойствам. J Food Sci (2002) 67:202–5. doi:10.1111/j.1365-2621.2002.tb11384.x

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    27. Никфарджам М., Муралидхаран В., Кристофи К. Механизмы очаговой тепловой деструкции опухолей печени. J Surg Res (2005) 127: 208–23. doi:10.1016/j.jss.2005.02.009

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    28. Брейс С.Л., Лазеке П.Ф., ван дер Вейде Д.В., Ли Ф.Т. Микроволновая абляция с трехосной антенной: результаты в Ex Vivo бычьей печени. IEEE Trans Microwave Theor Techn. (2005) 53:215–20. doi:10.1109/TMTT.2004.839308

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    29. Артемов В.Г. Единый механизм электропроводности льда и воды от постоянного тока до терагерцового. Phys Chem Chem Phys (2019) 21:8067–72. doi:10.1039/c9cp00257j

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    30. Stauffer PR, Rossetto F, Prakash M, Neuman DG, Lee T. Фантом и ткани животных для моделирования электрических свойств печени человека. Int J Hyperthermia (2003) 19:89–101. doi:10.1080/0265673021000017064

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    31. Скоба CL. Температурно-зависимые диэлектрические свойства ткани печени, измеренные во время термической абляции: на пути к усовершенствованной численной модели. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc (2008) 2008: 230–3. doi:10.1109/IEMBS.2008.4649132

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    32. Lazebnik M, Converse MC, Booske JH, Hagness SC. Сверхширокополосные температурно-зависимые диэлектрические свойства ткани печени животных в микроволновом диапазоне частот. Phys Med Biol (2006) 51:1941–55. doi:10.1088/0031-9155/51/7/022

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    33. Чин Л., Шерар М. Изменения диэлектрических свойств печени Ofex Vivobovine в возрасте 9 лет.15 МГц во время нагрева. Phys Med Biol (2001) 46:197–211. doi:10.1088/0031-9155/46/1/314

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    34. Schildkopf P, J. Ott O, Frey B, Wadepohl M, Sauer R, Fietkau R, et al. Биологическое обоснование и клиническое применение гипертермии с регулируемой температурой – значение для мультимодального лечения рака.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.