Диэлектрик

Электроизоляционное вещество, способное поляризоваться приложенным электрическим полем.

Поляризованный диэлектрический материал

В электромагнетизме диэлектрик (или диэлектрическая среда ) — электрический изолятор , который может поляризоваться приложенным электрическим полем . Когда диэлектрический материал помещен в электрическое поле, электрические заряды не текут через материал, как в электрическом проводнике , поскольку у них нет слабосвязанных или свободных электронов, которые могут дрейфовать через материал, а вместо этого они смещаются, лишь незначительно, от их средних положений равновесия, вызывая диэлектрическую поляризацию . Из-за поляризации диэлектрика положительные заряды смещаются в направлении поля, а отрицательные — в направлении, противоположном полю. Это создает внутреннее электрическое поле, которое уменьшает общее поле внутри самого диэлектрика. Если диэлектрик состоит из слабосвязанных молекул , эти молекулы не только поляризуются, но и переориентируются так, что их оси симметрии совпадают с полем. ^[1]

Изучение диэлектрических свойств касается хранения и рассеивания электрической и магнитной энергии в материалах. ^{[2] [3] [4]} Диэлектрики важны для объяснения различных явлений в электронике , оптике , физике твердого тела и клеточной биофизике . ^{[5] [6]}

Терминология

Хотя термин «изолятор» подразумевает низкую электропроводность , диэлектрик обычно означает материалы с высокой поляризуемостью . Последнее выражается числом, называемым относительной диэлектрической проницаемостью . Изолятор обычно используется для обозначения электрического препятствия, тогда как диэлектрик используется для обозначения способности материала накапливать энергию (посредством поляризации). Типичным примером диэлектрика является электроизоляционный материал между металлическими пластинами конденсатора . Поляризация диэлектрика приложенным электрическим полем увеличивает поверхностный заряд конденсатора при заданной напряженности электрического поля. ^[1]

Термин «диэлектрик» был придуман Уильямом Уэвеллом (от «диа + электрик ») в ответ на запрос Майкла Фарадея . ^{[7] [8]} Идеальный диэлектрик — это материал с нулевой электропроводностью ( ср . идеальный проводник с бесконечной электропроводностью), ^[9] таким образом проявляющий только ток смещения ; поэтому он хранит и возвращает электрическую энергию, как если бы он был идеальным конденсатором.

Электрическая восприимчивость

Электрическая восприимчивость диэлектрического материала является мерой того, насколько легко он поляризуется в ответ на электрическое поле. Это, в свою очередь, определяет электрическую проницаемость материала и, таким образом, влияет на многие другие явления в этой среде, от емкости конденсаторов до скорости света . ${\displaystyle \chi _{e}}$

Она определяется как константа пропорциональности (которая может быть тензором ), связывающая электрическое поле с плотностью индуцированной диэлектрической поляризации, такая, что ${\displaystyle \mathbf {E} }$ ${\displaystyle \mathbf {P} }$

$${\displaystyle \mathbf {P} =\varepsilon _{0}\chi _{e}\mathbf {E} ,}$$

где – электрическая проницаемость свободного пространства . ${\displaystyle \varepsilon _{0}}$

Восприимчивость среды связана с ее относительной диэлектрической проницаемостью соотношением ${\displaystyle \varepsilon _{r}}$

$${\displaystyle \chi _{e}\ =\varepsilon _{r}-1.}$$

Итак , в случае классического вакуума

$${\displaystyle \chi _{e}\ =0.}$$

Электрическое смещение связано с плотностью поляризации соотношением ${\displaystyle \mathbf {D} }$ ${\displaystyle \mathbf {P} }$

$${\displaystyle \mathbf {D} \ =\ \varepsilon _{0}\mathbf {E} +\mathbf {P} \ =\ \varepsilon _{0}\left(1+\chi _{e}\right)\mathbf {E} \ =\ \varepsilon _{0}\varepsilon _{r}\mathbf {E} .}$$

Дисперсия и причинность

В общем, материал не может поляризоваться мгновенно в ответ на приложенное поле. Более общая формулировка как функция времени:

$${\displaystyle \mathbf {P} (t)=\varepsilon _{0}\int _{-\infty }^{t}\chi _{e}\left(t-t'\right)\mathbf {E} (t')\,dt'.}$$

То есть поляризация представляет собой свертку электрического поля в предыдущие моменты времени с зависящей от времени восприимчивостью, определяемой выражением . Верхний предел этого интеграла также можно расширить до бесконечности, если определить для . Мгновенный отклик соответствует восприимчивости дельта-функции Дирака . ${\displaystyle \chi _{e}(\Delta t)}$ ${\displaystyle \chi _{e}(\Delta t)=0}$ ${\displaystyle \Delta t<0}$ ${\displaystyle \chi _{e}(\Delta t)=\chi _{e}\delta (\Delta t)}$

В линейной системе удобнее взять преобразование Фурье и записать эту зависимость как функцию частоты. Благодаря теореме о свертке интеграл становится простым произведением:

$${\displaystyle \mathbf {P} (\omega )=\varepsilon _{0}\chi _{e}(\omega )\mathbf {E} (\omega ).}$$

Восприимчивость (или, что эквивалентно, диэлектрическая проницаемость) зависит от частоты. Изменение восприимчивости по частоте характеризует дисперсионные свойства материала.

Более того, тот факт, что поляризация может зависеть только от электрического поля в предыдущие моменты времени (т. е. для ), следствие причинности , накладывает ограничения Крамерса – Кронига на действительную и мнимую части восприимчивости . ${\displaystyle \chi _{e}(\Delta t)=0}$ ${\displaystyle \Delta t<0}$ ${\displaystyle \chi _{e}(\omega )}$

Диэлектрическая поляризация

Базовая атомная модель

Взаимодействие электрического поля с атомом в рамках классической диэлектрической модели

В классическом подходе к диэлектрику материал состоит из атомов. Каждый атом состоит из облака отрицательного заряда (электронов), связанного и окружающего положительный точечный заряд в его центре. При наличии электрического поля облако зарядов искажается, как показано в правом верхнем углу рисунка.

Это можно свести к простому диполю , используя принцип суперпозиции . Диполь характеризуется своим дипольным моментом , векторной величиной, показанной на рисунке синей стрелкой, обозначенной M. Именно связь между электрическим полем и дипольным моментом определяет поведение диэлектрика. (Обратите внимание, что дипольный момент направлен в том же направлении, что и электрическое поле на рисунке. Это не всегда так и является серьезным упрощением, но верно для многих материалов.)

Когда электрическое поле снимается, атом возвращается в исходное состояние. Время, необходимое для этого, называется временем релаксации ; экспоненциальное затухание.

В этом суть модели в физике. Поведение диэлектрика теперь зависит от ситуации. Чем сложнее ситуация, тем богаче должна быть модель, чтобы точно описать поведение. Важные вопросы:

• Постоянно ли электрическое поле или оно меняется со временем? По какой ставке?
• Зависит ли отклик от направления приложенного поля ( изотропии материала)?
• Везде ли реакция одинакова ( однородность материала)?
• Необходимо ли принимать во внимание какие-либо границы или интерфейсы?
• Является ли отклик линейным по отношению к полю или существуют нелинейности ?

Связь между электрическим полем E и дипольным моментом M определяет поведение диэлектрика, которое для данного материала можно охарактеризовать функцией F , определяемой уравнением:

$${\displaystyle \mathbf {M} =\mathbf {F} (\mathbf {E} ).}$$

Когда определены и тип электрического поля, и тип материала, выбирают простейшую функцию F , которая правильно предсказывает интересующие явления. Примеры явлений, которые можно смоделировать таким образом, включают:

• Показатель преломления
• Разброс групповой скорости
• Двойное лучепреломление
• Самофокусировка
• Гармоническая генерация

Диполярная поляризация

Диполярная поляризация — это поляризация, которая либо присуща полярным молекулам (ориентационная поляризация), либо может быть индуцирована в любой молекуле, в которой возможно асимметричное искажение ядер (искажающая поляризация). Ориентационная поляризация возникает в результате постоянного диполя, например, возникающего из-за угла 104,45° между асимметричными связями между атомами кислорода и водорода в молекуле воды, который сохраняет поляризацию в отсутствие внешнего электрического поля. Совокупность этих диполей образует макроскопическую поляризацию.

Когда приложено внешнее электрическое поле, расстояние между зарядами внутри каждого постоянного диполя, связанное с химической связью , остается постоянным при ориентационной поляризации; однако направление самой поляризации вращается. Это вращение происходит в масштабе времени, который зависит от крутящего момента и окружающей локальной вязкости молекул. Поскольку вращение не является мгновенным, диполярные поляризации теряют реакцию на электрические поля на самых высоких частотах. Молекула в жидкости вращается со скоростью около 1 радиана за пикосекунду, поэтому эта потеря происходит при частоте около 10 ¹¹ Гц (в микроволновой области). Задержка реакции на изменение электрического поля вызывает трение и нагрев.

Когда внешнее электрическое поле применяется на инфракрасных частотах или ниже, молекулы изгибаются и растягиваются под действием поля, и дипольный момент молекулы изменяется. Частота молекулярных колебаний примерно обратна времени, необходимому молекулам для изгиба, и эта искаженная поляризация исчезает выше инфракрасного диапазона.

Ионная поляризация

Ионная поляризация — это поляризация, вызванная относительными смещениями между положительными и отрицательными ионами в ионных кристаллах (например, NaCl ).

Если кристалл или молекула состоит из атомов более чем одного сорта, распределение зарядов вокруг атома в кристалле или молекуле склоняется к положительному или отрицательному. В результате, когда колебания решетки или молекулярные колебания вызывают относительные смещения атомов, центры положительных и отрицательных зарядов также смещаются. На расположение этих центров влияет симметрия смещений. Когда центры не соответствуют, в молекулах или кристаллах возникает поляризация. Эта поляризация называется ионной поляризацией .

Ионная поляризация вызывает сегнетоэлектрический эффект , а также диполярную поляризацию. Сегнетоэлектрический переход, вызванный выстраиванием ориентаций постоянных диполей вдоль определенного направления, называется фазовым переходом порядок-беспорядок . Переход, вызванный ионной поляризацией в кристаллах, называется фазовым переходом смещения .

В клетках

Ионная поляризация обеспечивает выработку богатых энергией соединений в клетках (протонный насос в митохондриях ) и на плазматической мембране создание потенциала покоя , энергетически невыгодного транспорта ионов и межклеточной коммуникации ( Na+/ К+-АТФаза ).

Все клетки в тканях тела животных электрически поляризованы – другими словами, они поддерживают разность потенциалов на плазматической мембране клетки , известную как мембранный потенциал . Эта электрическая поляризация является результатом сложного взаимодействия между переносчиками ионов и ионными каналами .

В нейронах типы ионных каналов в мембране обычно различаются в разных частях клетки, что придает дендритам , аксонам и телу клетки разные электрические свойства. В результате одни части мембраны нейрона могут быть возбудимыми (способными генерировать потенциалы действия), а другие — нет.

Диэлектрическая дисперсия

В физике диэлектрическая дисперсия — это зависимость диэлектрической проницаемости диэлектрического материала от частоты приложенного электрического поля. Поскольку между изменениями поляризации и изменениями электрического поля существует задержка, диэлектрическая проницаемость является сложной функцией частоты электрического поля. Диэлектрическая дисперсия очень важна для применения диэлектрических материалов и анализа поляризационных систем.

Это один из примеров общего явления, известного как материальная дисперсия : частотно-зависимая реакция среды на распространение волн.

Когда частота становится выше:

1. Диполярная поляризация уже не может следовать за колебаниями электрического поля в микроволновом диапазоне около 10 ¹⁰ Гц .
2. Ионная поляризация и поляризация молекулярных искажений больше не могут отслеживать электрическое поле за пределами инфракрасной или дальней инфракрасной области с частотой около 10 ¹³ Гц.
3. Электронная поляризация теряет отклик в ультрафиолетовой области около 10 ¹⁵ Гц.

В области частот выше ультрафиолета диэлектрическая проницаемость приближается к постоянной ε ₀ в каждом веществе, где ε ₀ — диэлектрическая проницаемость свободного пространства. Поскольку диэлектрическая проницаемость указывает на силу связи между электрическим полем и поляризацией, если процесс поляризации теряет свою реакцию, диэлектрическая проницаемость уменьшается.

Диэлектрическая релаксация

Диэлектрическая релаксация — это мгновенная задержка (или задержка) диэлектрической проницаемости материала. Обычно это вызвано задержкой поляризации молекул по отношению к изменяющемуся электрическому полю в диэлектрической среде (например, внутри конденсаторов или между двумя большими проводящими поверхностями). Диэлектрическую релаксацию в изменяющихся электрических полях можно считать аналогом гистерезиса в изменяющихся магнитных полях (например, в сердечниках индукторов или трансформаторов ). Релаксация в целом представляет собой задержку или запаздывание реакции линейной системы , поэтому диэлектрическая релаксация измеряется относительно ожидаемых линейных устойчивых (равновесных) диэлектрических значений. Задержка во времени между электрическим полем и поляризацией подразумевает необратимую деградацию свободной энергии Гиббса .

В физике диэлектрическая релаксация относится к релаксационной реакции диэлектрической среды на внешнее осциллирующее электрическое поле. Эту релаксацию часто описывают с точки зрения диэлектрической проницаемости как функции частоты , которая для идеальных систем может быть описана уравнением Дебая. С другой стороны, искажения, связанные с ионной и электронной поляризацией, демонстрируют поведение резонансного или осцилляционного типа . Характер процесса искажения зависит от структуры, состава и окружения образца.

Дебаевская релаксация

Дебаевская релаксация — это реакция диэлектрической релаксации идеальной невзаимодействующей совокупности диполей на переменное внешнее электрическое поле. Обычно ее выражают через комплексную диэлектрическую проницаемость среды ε как функцию угловой частоты поля ω :

$${\displaystyle {\hat {\varepsilon }}(\omega )=\varepsilon _{\infty }+{\frac {\Delta \varepsilon }{1+i\omega \tau }},}$$

где ε _∞ — диэлектрическая проницаемость на высокочастотном пределе, Δ ε = ε _s − ε _∞ , где ε _s — статическая, низкочастотная диэлектрическая проницаемость, а τ — характерное время релаксации среды. Разделение комплексной диэлектрической проницаемости на действительную и мнимую части дает: ^[10] ${\displaystyle \varepsilon '}$ ${\displaystyle \varepsilon ''}$

$${\displaystyle {\begin{aligned}\varepsilon '&=\varepsilon _{\infty }+{\frac {\varepsilon _{s}-\varepsilon _{\infty }}{1+\omega ^{2}\tau ^{2}}}\\[3pt]\varepsilon ''&={\frac {(\varepsilon _{s}-\varepsilon _{\infty })\omega \tau }{1+\omega ^{2}\tau ^{2}}}\end{aligned}}}$$

Обратите внимание, что приведенное выше уравнение для иногда пишется со знаком в знаменателе из-за продолжающейся двусмысленности соглашения о знаках, в результате чего многие источники представляют временную зависимость комплексного электрического поля с, тогда как другие используют . В первом соглашении функции и, представляющие действительные и мнимые части, задаются выражением while, во втором соглашении . В приведенном выше уравнении используется последнее соглашение. ^[11] ${\displaystyle {\hat {\varepsilon }}(\omega )}$ ${\displaystyle 1-i\omega \tau }$ ${\displaystyle \exp(-i\omega t)}$ ${\displaystyle \exp(+i\omega t)}$ ${\displaystyle \varepsilon '}$ ${\displaystyle \varepsilon ''}$ ${\displaystyle {\hat {\varepsilon }}(\omega )=\varepsilon '+i\varepsilon ''}$ ${\displaystyle {\hat {\varepsilon }}(\omega )=\varepsilon '-i\varepsilon ''}$

Диэлектрические потери также выражаются тангенсом потерь:

$${\displaystyle \tan(\delta )={\frac {\varepsilon ''}{\varepsilon '}}={\frac {\left(\varepsilon _{s}-\varepsilon _{\infty }\right)\omega \tau }{\varepsilon _{s}+\varepsilon _{\infty }\omega ^{2}\tau ^{2}}}}$$

Эта модель релаксации была предложена и названа в честь физика Питера Дебая (1913). ^[12] Это характерно для динамической поляризации только с одним временем релаксации.

Варианты уравнения Дебая

Уравнение Коула – Коула

Это уравнение используется, когда пик диэлектрических потерь имеет симметричное уширение.

Уравнение Коула – Дэвидсона

Это уравнение используется, когда пик диэлектрических потерь имеет асимметричное уширение.

Релаксация Гавриляка–Негами.

Это уравнение учитывает как симметричное, так и асимметричное уширение.

Функция Кольрауша – Вильямса – Уоттса

Преобразование Фурье растянутой показательной функции .

Закон Кюри – фон Швейдлера

Это показывает, что реакция диэлектриков на приложенное поле постоянного тока подчиняется степенному закону, который можно выразить как интеграл по взвешенной экспоненциальной функции.

Приближение Джорджевича – Саркара

Это используется, когда диэлектрические потери примерно постоянны для широкого диапазона частот.

Параэлектричество

Параэлектричество — это номинальное поведение диэлектриков, когда тензор диэлектрической проницаемости пропорционален единичной матрице, т. е. приложенное электрическое поле вызывает поляризацию и/или выравнивание диполей только параллельно приложенному электрическому полю. В отличие от аналогии с парамагнитным материалом, в параэлектрическом материале не обязательно должен существовать постоянный электрический диполь . Удаление полей приводит к тому, что диполярная поляризация возвращается к нулю. ^[13] Механизмами, вызывающими параэлектрическое поведение, являются искажение отдельных ионов (смещение электронного облака от ядра) и поляризация молекул или комбинаций ионов или дефектов.

Параэлектричество может возникать в кристаллических фазах, где электрические диполи не выровнены и, таким образом, могут выровняться во внешнем электрическом поле и ослабить его.

Большинство диэлектрических материалов являются параэлектриками. Конкретным примером параэлектрического материала с высокой диэлектрической проницаемостью является титанат стронция .

Кристалл LiNbO 3 ниже 1430 К является сегнетоэлектриком , а выше этой температуры переходит в неупорядоченную параэлектрическую фазу. Аналогичным образом, другие перовскиты также проявляют параэлектричество при высоких температурах.

Параэлектричество исследовалось как возможный механизм охлаждения; поляризация параэлектрика путем приложения электрического поля в условиях адиабатического процесса повышает температуру, а удаление поля снижает температуру. ^[14] Тепловой насос , который работает путем поляризации параэлектрика, позволяя ему вернуться к температуре окружающей среды (путем рассеивания дополнительного тепла), приводя его в контакт с охлаждаемым объектом и, наконец, деполяризуя его, приведет к охлаждению.

Настраиваемость

Перестраиваемые диэлектрики — это изоляторы, способность которых сохранять электрический заряд меняется при приложении напряжения. ^[15]

Обычно титанат стронция ( SrTiO
₃) используется для устройств, работающих при низких температурах, тогда как титанат бария-стронция ( Ba
_1-хстарший
_ИксТиО
₃) заменяет устройства комнатной температуры. Другие потенциальные материалы включают микроволновые диэлектрики и композиты из углеродных нанотрубок (УНТ). ^{[15] [16] [17]}

В 2013 году многолистовые слои титаната стронция, чередующиеся с одиночными слоями оксида стронция, позволили получить диэлектрик, способный работать на частоте до 125 ГГц. Материал был создан методом молекулярно-лучевой эпитаксии . У них несовпадающее расстояние между кристаллами, что приводит к деформации слоя титаната стронция, что делает его менее стабильным и настраиваемым. ^[15]

Такие системы, как Ba
_1-хстарший
_ИксТиО
₃имеют параэлектрический переход в сегнетоэлектрик чуть ниже температуры окружающей среды, что обеспечивает высокую возможность настройки. Пленки несут значительные потери из-за дефектов.

Приложения

Конденсаторы

Разделение зарядов в конденсаторе с параллельными пластинами вызывает внутреннее электрическое поле. Диэлектрик (оранжевый) уменьшает поле и увеличивает емкость.

В конденсаторах промышленного производства обычно используется твердый диэлектрический материал с высокой диэлектрической проницаемостью в качестве промежуточной среды между накопленными положительными и отрицательными зарядами. Этот материал часто называют в техническом контексте диэлектриком конденсатора . ^[18]

Наиболее очевидным преимуществом использования такого диэлектрического материала является то, что он предотвращает прямой электрический контакт проводящих пластин, на которых накапливаются заряды. Однако более важно то, что высокая диэлектрическая проницаемость позволяет сохранять больший заряд при заданном напряжении. В этом можно убедиться, рассматривая случай линейного диэлектрика с диэлектрической проницаемостью ε и толщиной d между двумя проводящими пластинами с однородной плотностью заряда σ _ε . В этом случае плотность заряда определяется выражением

$${\displaystyle \sigma _{\varepsilon }=\varepsilon {\frac {V}{d}}}$$

а емкость на единицу площади на

$${\displaystyle c={\frac {\sigma _{\varepsilon }}{V}}={\frac {\varepsilon }{d}}}$$

Отсюда легко увидеть, что большее ε приводит к большему накопленному заряду и, следовательно, к большей емкости.

Диэлектрические материалы, используемые для конденсаторов, также выбираются такими, чтобы они были устойчивы к ионизации . Это позволяет конденсатору работать при более высоких напряжениях до того, как изолирующий диэлектрик ионизируется и начинает пропускать нежелательный ток.

Диэлектрический резонатор

Генератор с диэлектрическим резонатором (DRO) — это электронный компонент, который демонстрирует резонанс поляризационного отклика в узком диапазоне частот, обычно в микроволновом диапазоне. Он состоит из «шайбы» из керамики, имеющей большую диэлектрическую проницаемость и низкий коэффициент рассеяния . Такие резонаторы часто используются для обеспечения опорной частоты в схеме генератора. В качестве антенны диэлектрического резонатора (ДРА) может быть использован неэкранированный диэлектрический резонатор .

Тонкие пленки BST

С 2002 по 2004 год Исследовательская лаборатория армии США (ARL) проводила исследования в области технологии тонких пленок. Титанат бария-стронция (BST), тонкая сегнетоэлектрическая пленка, изучалась для изготовления радиочастотных и микроволновых компонентов, таких как генераторы, управляемые напряжением, перестраиваемые фильтры и фазовращатели. ^[19]

Исследование было частью усилий по обеспечению армии легко настраиваемыми, совместимыми с микроволновым излучением материалами для широкополосных настраиваемых устройств с электрическим полем, которые стабильно работают при экстремальных температурах. ^[20] Эта работа улучшила возможности настройки объемного титаната бария-стронция, который является тонкой пленкой для электронных компонентов. ^[21]

В исследовательской работе 2004 года американские исследователи ARL исследовали, как небольшие концентрации акцепторных примесей могут радикально изменить свойства сегнетоэлектрических материалов, таких как BST. ^[22]

Исследователи «легировали» тонкие пленки BST магнием, анализируя «структуру, микроструктуру, морфологию поверхности и качество состава пленки/подложки» результата. Пленки BST, легированные магнием, показали «улучшенные диэлектрические свойства, низкий ток утечки и хорошую перестраиваемость», что делает их потенциально пригодными для использования в перестраиваемых микроволновых устройствах. ^[19]

Некоторые практические диэлектрики

Диэлектрические материалы могут быть твердыми, жидкими или газообразными. (Высокий вакуум также может быть полезным ^[23] диэлектриком, практически не имеющим потерь, хотя его относительная диэлектрическая проницаемость равна всего единице.)

Твердые диэлектрики, пожалуй, наиболее часто используемые диэлектрики в электротехнике, и многие твердые тела являются очень хорошими изоляторами. Некоторые примеры включают фарфор , стекло и большинство пластмасс . Воздух, азот и гексафторид серы являются тремя наиболее часто используемыми газообразными диэлектриками .

• Промышленные покрытия, такие как парилен, обеспечивают диэлектрический барьер между подложкой и окружающей средой.
• Минеральное масло широко используется внутри электрических трансформаторов в качестве жидкого диэлектрика и для охлаждения. Диэлектрические жидкости с более высокими диэлектрическими постоянными, такие как касторовое масло электрического качества , часто используются в конденсаторах высокого напряжения , чтобы предотвратить коронный разряд и увеличить емкость.
• Поскольку диэлектрики сопротивляются потоку электричества, на поверхности диэлектрика могут сохраняться избыточные электрические заряды. Это может произойти случайно при трении диэлектрика ( трибоэлектрический эффект ). Это может быть полезно, как в генераторе Ван де Граафа или электрофоре , или может быть потенциально разрушительным, как в случае электростатического разряда .
• Специально обработанные диэлектрики, называемые электретами (не следует путать их с сегнетоэлектриками ), могут сохранять избыточный внутренний заряд или «замороженную» поляризацию. Электреты обладают полупостоянным электрическим полем и являются электростатическим эквивалентом магнитов. Электреты имеют множество практических применений в быту и промышленности.
• Некоторые диэлектрики могут генерировать разность потенциалов при воздействии механического напряжения или (что эквивалентно) изменять физическую форму, если к материалу приложено внешнее напряжение. Это свойство называется пьезоэлектричеством . Пьезоэлектрики — еще один класс очень полезных диэлектриков.
• Некоторые ионные кристаллы и полимерные диэлектрики обладают спонтанным дипольным моментом, который можно обратить вспять внешним электрическим полем. Такое поведение называется сегнетоэлектрическим эффектом . Эти материалы аналогичны поведению ферромагнитных материалов во внешнем магнитном поле. Сегнетоэлектрики часто имеют очень высокие диэлектрические проницаемости, что делает их весьма полезными для конденсаторов.

Смотрите также

• Классификация материалов по диэлектрической проницаемости
• Парамагнетизм
• Отношение Клаузиуса-Моссотти
• Диэлектрическое поглощение
• Диэлектрические потери
• Диэлектрическая прочность
• Диэлектрическая спектроскопия
• Диэлектрик класса 1 EIA
• Диэлектрик EIA класса 2
• Диэлектрик с высоким κ
• Диэлектрик с низким κ
• утечка
• Функция линейного отклика
• Метаматериал
• Задержка RC
• Вращательное броуновское движение
• Закон Пашена - изменение диэлектрической прочности газа в зависимости от давления.
• Сепаратор (электричество)

Рекомендации

1. «Диэлектрик». Британская энциклопедия . Чикаго , Иллинойс : Британская энциклопедия, Inc. Архивировано из оригинала 27 апреля 2021 года . Проверено 20 ноября 2021 г. Диэлектрик, изоляционный материал или очень плохой проводник электрического тока. Когда диэлектрики помещены в электрическое поле, ток в них практически не течет.
2. Артур Р. фон Хиппель в своей основополагающей работе «Диэлектрические материалы и их применение» заявил: « Диэлектрики … представляют собой не узкий класс так называемых изоляторов, а широкий спектр неметаллов, рассматриваемых с точки зрения их взаимодействия с электрическими , магнитные или электромагнитные поля. Таким образом, нас интересуют газы, а также жидкости и твердые тела, а также хранение электрической и магнитной энергии, а также ее рассеяние». (стр. 1) (Technology Press Массачусетского технологического института и Джона Уайли, Нью-Йорк, 1954).
3. Томс, Э.; Сиппель, П.; и другие. (2017). «Диэлектрические исследования смесей ионных жидкостей». наук. Представитель . 7 (1): 7463. arXiv : 1703.05625 . Бибкод : 2017NatSR...7.7463T. дои : 10.1038/s41598-017-07982-3. ПМК 5547043 . ПМИД  28785071. 
4. Белкин, А.; Безрядин А.; Хендрен, Л.; Хаблер, А. (2017). «Восстановление глиноземных наноконденсаторов после пробоя высокого и низкого напряжения». наук. Представитель . 7 (1): 932. Бибкод : 2017НацСР...7..932Б. дои : 10.1038/s41598-017-01007-9. ПМЦ 5430567 . ПМИД  28428625. 
5. Хоссейн, Шадиб (27 декабря 2020 г.). «Характеристика злокачественных клеток с помощью математического анализа биоимпеданса и оптических свойств». Электромагнитная биология и медицина . 40 (1): 65–83. дои : 10.1080/15368378.2020.1850471. ISSN  1536-8378. PMID  33356700. S2CID  229694503.
6. Хоссейн, Шадиб (2 апреля 2020 г.). «Биодиэлектрический феномен для активной дифференциации злокачественных и нормальных клеток: обзор». Электромагнитная биология и медицина . 39 (2): 89–96. дои : 10.1080/15368378.2020.1737804. ISSN  1536-8378. PMID  32138569. S2CID  212565141.
7. Дэйнтит, Дж. (1994). Биографическая энциклопедия учёных . ЦРК Пресс. п. 943. ИСБН 978-0-7503-0287-6.
8. Джеймс, Фрэнк ЭйДжейл, редактор. Переписка Майкла Фарадея, том 3, 1841–1848, «Письмо 1798 года, Уильям Уэвелл Фарадею, стр. 442». Архивировано из оригинала 23 декабря 2016 г. Проверено 18 мая 2012 г.Институт инженеров-электриков, Лондон, Великобритания, 1996. ISBN 0-86341-250-5. 
9. Микроволновая техника - Р. С. Рао (профессор) . Проверено 8 ноября 2013 г.
10. Као, Кван Чи (2004). Диэлектрические явления в твердых телах . Лондон: Elsevier Academic Press. стр. 92–93. ISBN 978-0-12-396561-5.
11. Бетчер, CJF (1952). Теория электрической поляризации . Лондон: Издательская компания Elsevier. стр. 231–232, 348–349.
12. Дебай, П. (1913), Вер. Втор. Физ. Гезелл. 15 777; перепечатано в 1954 году в сборнике статей Питера Дж. Дебая. Интерсайенс, Нью-Йорк
13. Чан, Ю. (1997). Физическая керамика . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья .
14. Кун, У.; Люти, Ф. (1965). «Параэлектрический нагрев и охлаждение с помощью ОН-диполей в галогенидах щелочных металлов». Твердотельные коммуникации . 3 (2): 31. Бибкод : 1965SSCom...3...31K. дои : 10.1016/0038-1098(65)90060-8.
15. Ли, Че-Хуэй; Орлофф, Натан Д.; Бироль, Туран; Чжу, Е; Гоян, Вероника; Рокас, Эдуард; Хайсмайер, Райан; Влахос, Эфтихия; Манди, Джулия А.; Куркутис, Лена Ф.; Не, Юэфэн; Бигальски, Майкл Д.; Чжан, Цзиншу; Бернхаген, Маргитта; Бенедек, Николь А.; Ким, Ёнсам; Брок, Джоэл Д.; Юкер, Рейнхард; Си, XX; Гопалан, Венкатраман; Нужный, Дмитрий; Камба, Станислав; Мюллер, Дэвид А.; Такеучи, Ичиро; Бут, Джеймс С.; Фенни, Крейг Дж.; Шлом, Даррелл Г. (2013). «Использование размерности и устранение дефектов для создания настраиваемых микроволновых диэлектриков». Природа . 502 (7472): 532–536. Бибкод : 2013Natur.502..532L. дои : 10.1038/nature12582. hdl : 2117/21213. PMID  24132232. S2CID  4457286.
16. Конг, LB; Ли, С.; Чжан, ТС; Чжай, JW; Бой, FYC; Ма, Дж. (30 ноября 2010 г.). «Электрически перестраиваемые диэлектрические материалы и стратегии улучшения их характеристик». Прогресс в материаловедении . 55 (8): 840–893. doi :10.1016/j.pmatsci.2010.04.004. hdl : 10356/93905 .
17. Жир, А.; Чжэн, Ю.; Мауне, Х.; Сазегар, М.; Пол, Ф.; Чжоу, X.; Биндер, младший; Мюллер, С.; Якоби, Р. (2008). «Перестраиваемые диэлектрики для микроволнового применения». 2008 17-й Международный симпозиум IEEE по применению сегнетоэлектриков . п. 1. дои :10.1109/ISAF.2008.4693753. ISBN 978-1-4244-2744-4. S2CID  15835472.
18. Мюссиг, Ханс-Иоахим. Полупроводниковый конденсатор с оксидом празеодима в качестве диэлектрика , патент США 7 113 388 , опубликован 6 ноября 2003 г., выдан 18 октября 2004 г., передан IHP GmbH - Innovations for High Performance Microelectronics / Institute Fur Innovative Mikroelektronik.
19. Коул, MW; Гейер, Р.Г. (2004). «Новые перестраиваемые тонкие пленки BST, легированные акцептором, для высококачественных перестраиваемых микроволновых устройств». Мексиканская физика . 50 (3): 232. Бибкод : 2004RMxF...50..232C.
20. Наир, К.М.; Го, Руян; Бхалла, Амар С.; Хирано, С.-И.; Суворов, Д. (11 апреля 2012 г.). Развитие диэлектрических материалов и электронных устройств: материалы 106-го ежегодного собрания Американского керамического общества, Индианаполис, Индиана, США, 2004. John Wiley & Sons. ISBN 9781118408193.
21. Наир, К.М.; Бхалла, Амар С.; Хирано, С.-И.; Суворов Д.; Шварц, Роберт В.; Чжу, Вэй (11 апреля 2012 г.). Керамические материалы и многослойные электронные устройства. Джон Уайли и сыновья. ISBN 9781118406762.
22. Коул, МВт; Хаббард, К.; Нго, Э.; Эрвин, М.; Вуд, М.; Гейер, Р.Г. (июль 2002 г.). «Соотношения структура-свойства в чистых и легированных акцепторами тонких пленках Ba1-xSrxTiO3 для применения в перестраиваемых микроволновых устройствах». Журнал прикладной физики . 92 (1): 475–483. Бибкод : 2002JAP....92..475C. дои : 10.1063/1.1484231. ISSN  0021-8979.
23. Лион, Дэвид (2013). «Зависимость диэлектрической прочности в нановакуумных зазорах от размера зазора». Транзакции IEEE по диэлектрикам и электроизоляции . 20 (4): 1467–1471. дои : 10.1109/TDEI.2013.6571470. S2CID  709782.

дальнейшее чтение

• Джексон, Джон Дэвид (10 августа 1998 г.) [1962]. Классическая электродинамика (3-е изд.). Джон Уайли и сыновья . ISBN 978-0-471-30932-1. ОСЛК  535998.

• Скайф, Брендан КП (3 сентября 1998 г.). Принципы диэлектриков. Монографии по физике и химии материалов (2-е изд.). Издательство Оксфордского университета . ISBN 978-0-198-56557-4.

Внешние ссылки

• Лекция Фейнмана о диэлектриках
• Диэлектрическая сфера в электрическом поле.
• Распространение информационно-технологического пакета обучения и обучения «Диэлектрические материалы» для продвижения материаловедения (DoITPoMS) от Кембриджского университета.
• Тексты в Wikisource:
  • «Диэлектрик». Американская энциклопедия . 1920.
  • «Диэлектрик». Британская энциклопедия (11-е изд.). 1911.