电子材料物理2012ch.pptx

CH4 材料的介电性能; 电介质：在电场的作用下具有极化能力并能在其中长期存在电场的一种物质。 电介质的极化：电介质在电场作用下产生感应电荷的现象。;电容器：存储电荷 电路中起滤波、耦合、储能、延时、隔直等作用 电容C：极板上所带电量q与两极间相应的电势差V的比值。C=Q/V 存储的能量W：W=1/2CV2;4;5;;7;极化率?：单位电场强度下，质点的电偶极矩的大小。 局部电场Eloc：作用在微观质点上的局部电场。 （它与宏观外电场并不一定相同） 极化率?表征材料的??化能力，只与材料的性质有关，其单位为F·m2;极化强度：单位体积内电偶极矩的矢量和 单位：C/m2 描述了电介质极化强弱，反映了电介质内电偶极矩排列的有序或无序程度。;10;11;小结;4.1 介质的极化 ;非极性低气压的气体，分子间的距离很大，分子间的相互作用相应的很小，此时 固体物质中，Eloc≠E;二、电介质中的电场;(3)洛伦兹场的推导;根据电位移D，宏观电场E和极化强度Ｐ的关系可知 即 　;18;19;1、电子位移极化;21;22;说明： 1）电子位移极化发生在原子（离子）内部，其电子极化率的大小与原子（或离子）半径大小有关； 2）电子位移极化建立的时间较短，约10-14~10-15秒，瞬时完成，不消耗能量； 3）电子位移极化率与温度无关 4）在光频范围，只有电子位移极化能跟上电场的变化，此时的介电常数几乎完全由电子位移极化率贡献。又因为在光频范围光的折射率n 所以，在光频范围，电介质的相对介电常数εr=n2;24;25;26;27;NaCl的介电常数？;说明： 离子位移极化存在于离子晶体中 离子位移极化率与正负离子的核间距有关 建立时间为约10-12~10-13秒，快极化，不消耗能量； 与温度有关 T升高，正负离子核间距增大，极化率增大，但增加的程度不大。;极化与电场有关，还与质点的热运动有关。 当材料中存在着弱联系电子、离子和偶极子等时， 热运动－－质点分布混乱， 电场－－质点按电场规律分布 ; 离子松弛极化是介质中存在的某些弱联系的离子在电场的作用下发生沿电场方向的短程跃迁运动引起，故只在由离子组成的或含有离子杂质的介质中出现。 弱联系离子的形成：玻璃态物质、结构松散的离子晶体及晶体的杂质和缺陷区域，离子本身能量较高，易被激活迁移。;32;33;34;35;36;偶极子受到E的作用时，每个偶极子在电场中的势能为：U=-?0Ecos? 沿电场方向定向在?~?+d?之间的偶极子数 dN=Aexp(?0Ecos?/kT)d? 立体角d?=2?sin?d?中偶极子的偶极矩在电场方向上的分量为?0cos?dN，偶极子沿E向的平均偶极矩为 ;L(?)为郎之万函数 ;松弛极化特点 与热运动有关， 完成极化需一定时间 非弹性的，需消耗能量 松弛极化类型 离子松弛极化：松弛时间长达10-2~10-5秒 电子松弛极化：松弛时间约为10-2~10-9秒 偶极子转向极化：松弛时间约为10-2~10-10秒 松弛极化在M(G)Hz的无线电频率下，其松弛极化来不及建立；频率升高，无松弛极化；只存在（电子、离子）位移极化，故介电常数随频率的升高而降低 ;40;加上电压的瞬间，对电容器充电， 界面上电位移D连续 D1=D2 ?1E1= ?2E2 V1=d1E1 V2=d2E2 V1+V2=V E1=?2V/(?1d2+ ?2d1) E2=?1V/(?1d2+ ?2d1) 电流密度J1=?1E1 J2=?2E2 J1≠J2 将有电荷积聚在界面上，使电场改变，至双层电介质中的传导电流相等为止，最终达到稳定状态J1=J2, 此时 E1= ?2V/(?1d2+?2d1) E2= ?1V/(?1d2+?2d1) 界面积聚的电荷密度 (?1?2-?2?1)V/(?1d2+?2d1) ;若?1?2, ?1?2，则?1?2-?2?10，界面上积累正电荷； 若?1?2=?2?1，界面上不积累电荷，空间电荷消失;线性介质 没有外加电场时，这些介质的极化强度等于零 有外电场时，介质的极化强度与宏观电场E成正比 非线性介质 其极化强度和外施电压的关系是非线性的 铁电体就是一种典型的非线性介质 自发极化 自发极化定义 这种极化状态并非由外电场所造成 由晶体的内部结构特点造成的，晶体中每一个 晶胞里存在固有电偶极矩。这类晶体通常称为极性晶体;;45;