電橋法介電常數(shù)測(cè)試儀電橋法介電常數(shù)測(cè)試儀
宏觀結(jié)構(gòu)不均勾性的介質(zhì)損耗
工程介質(zhì)材料大多數(shù)是不均勻介質(zhì)。例如陶瓷材料就是如此，它通常包含有晶相、玻璃相和氣相，各相在介質(zhì)中是統(tǒng)計(jì)分布口。由于各相的介電性不同，有可能在兩相間積聚了較多的自由電荷使介質(zhì)的電場(chǎng)分布不均勻，造成局部有較高的電場(chǎng)強(qiáng)度而引起了較高的損耗。但作為電介質(zhì)整體來(lái)看，整個(gè)電介質(zhì)的介質(zhì)損耗必然介于損耗大的一相和損耗小的一相之間。
表征：
電介質(zhì)在恒定電場(chǎng)作用下，介質(zhì)損耗的功率為
W=U2/R=（Ed）2S/ρd=σE2Sd
定義單位體積的介質(zhì)損耗為介質(zhì)損耗率為
ω=σE2
在交變電場(chǎng)作用下，電位移D與電場(chǎng)強(qiáng)度E均變?yōu)閺?fù)數(shù)矢量，此時(shí)介電常數(shù)也變成復(fù)數(shù)，其虛部就表示了電介質(zhì)中能量損耗的大小。
D，E，J之間的相位關(guān)系圖
D，E，J之間的相位關(guān)系圖
如圖所示，從電路觀點(diǎn)來(lái)看，電介質(zhì)中的電流密度為
J=dD/dt=d（εE）/dt=Jτ+iJe
式中Jτ與E同相位。稱為有功電流密度，導(dǎo)致能量損耗；Je，相比較E超前90°，稱為無(wú)功電流密度。
定義
tanδ=Jτ/Je=ε〞/εˊ
式中，δ稱為損耗角，tanδ稱為損耗角正切值。
損耗角正切表示為獲得給定的存儲(chǔ)電荷要消耗的能量的大小，是電介質(zhì)作為絕緣材料使用時(shí)的重要評(píng)價(jià)參數(shù)。為了減少介質(zhì)損耗，希望材料具有較小的介電常數(shù)和更小的損耗角正切。損耗因素的倒數(shù)Q=（tanδ）-1在高頻絕緣應(yīng)用條件下稱為電介質(zhì)的品質(zhì)因素，希望它的值要高。
工程材料：離子晶體的損耗，離子晶體的介質(zhì)損耗與其結(jié)構(gòu)的緊密程度有關(guān)。
緊密結(jié)構(gòu)的晶體離子都排列很有規(guī)則，鍵強(qiáng)度比較大，如α-Al2O3、鎂橄欖石晶體等，在外電場(chǎng)作用下很難發(fā)生離子松弛極化，只有電子式和離子式的位移極化，所以無(wú)極化損耗，僅有的一點(diǎn)損耗是由漏導(dǎo)引起的（包括本質(zhì)電導(dǎo)和少量雜質(zhì)引起的雜質(zhì)電導(dǎo)）。這類晶體的介質(zhì)損耗功率與頻率無(wú)關(guān)，損耗角正切隨頻率的升高而降低。因此，以這類晶體為主晶相的陶瓷往往用在高頻場(chǎng)合。如剛玉瓷、滑石瓷、金紅石瓷、鎂橄欖石瓷等
結(jié)構(gòu)松散的離子晶體，如莫來(lái)石（3Al2O3·2SiO2）、董青石（2MgO·2Al2O3·5SiO2）等，其內(nèi)部有較大的空隙或晶格畸變，含有缺陷和較多的雜質(zhì)，離子的活動(dòng)范圍擴(kuò)大。在外電場(chǎng)作用下，晶體中的弱聯(lián)系離子有可能貫穿電極運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生電導(dǎo)打耗。弱聯(lián)系離子也可能在一定范圍內(nèi)來(lái)回運(yùn)動(dòng)，形成熱離子松弛，出現(xiàn)極化損耗。所以這類晶體的介質(zhì)損耗較大，由這類品體作主晶相的陶瓷材料不適用于高頻，只能應(yīng)用于低頻場(chǎng)合。
玻璃的損耗
復(fù)雜玻璃中的介質(zhì)損耗主要包括三個(gè)部分：電導(dǎo)耗、松弛損耗和結(jié)構(gòu)損耗。哪一種損耗占優(yōu)勢(shì)，取決于外界因素溫度和電場(chǎng)頻率。高頻和高溫下，電導(dǎo)損耗占優(yōu)勢(shì)：在高頻下，主要的是由弱聯(lián)系離子在有限范圍內(nèi)移動(dòng)造成的松弛損耗：在高頻和低溫下，主要是結(jié)構(gòu)損耗，其損耗機(jī)理目前還不清楚，可能與結(jié)構(gòu)的緊密程度有關(guān)。般來(lái)說，簡(jiǎn)單玻璃的損耗是很小的，這是因?yàn)楹?jiǎn)單玻璃中的“分子”接近規(guī)則的排列，結(jié)構(gòu)緊密，沒有弱聯(lián)系的松弛離子。在純玻璃中加人堿金屬化物后。介質(zhì)損耗大大增加，并且隨著加人量的增大按指數(shù)規(guī)律增大。這是因?yàn)閴A性氧化物進(jìn)人玻璃的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)后，使離子所在處點(diǎn)陣受到破壞，結(jié)構(gòu)變得松散，離子活動(dòng)性增大，造成電導(dǎo)損耗和松弛損耗增加。
陶瓷材料的損耗
陶瓷材料的介質(zhì)損耗主要來(lái)源于電導(dǎo)損耗、松弛質(zhì)點(diǎn)的極化損耗和結(jié)構(gòu)損耗。此外，表面氣孔吸附水分、油污及灰塵等造成的表面電導(dǎo)也會(huì)引起較大的損耗。
在結(jié)構(gòu)緊密的陶瓷中，介質(zhì)損耗主要來(lái)源于玻璃相。為了改善某些陶瓷的工藝性能，往往在配方中引人此易熔物質(zhì)（如黏土），形成玻璃相，這樣就使損耗增大。如滑石瓷、尖晶石瓷隨黏土含量增大，介質(zhì)損耗也增大。因面一般高頻瓷，如氧化鋁瓷、金紅石等很少含有玻璃相。大多數(shù)電陶瓷的離子松弛極化損耗較大，主要的原因是：主晶相結(jié)構(gòu)松散，生成了缺固濟(jì)體、多品型轉(zhuǎn)變等。
高分子材料的損耗
高分子聚合物電介質(zhì)按單體單元偶極矩的大小可分為極性和非極性兩類。一般地，偶極矩在0~0.5D（德拜）范圍內(nèi)的是非極性高聚物；偶極矩在0.5D以上的是極性高聚物。非極性高聚物具有較低的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗，其介電常數(shù)約為2，介質(zhì)損耗小于10-4；極性高聚物則具有較高的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗，并且極性愈大，這兩個(gè)值愈高。
高聚物的交聯(lián)通常能阻礙極性基團(tuán)的取向，因此熱固性高聚物的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗均隨交聯(lián)度的提高而下降。酚醛樹脂就是典型的例子，雖然這種高聚物的極性很強(qiáng)，但只要固化比較全，它的介質(zhì)損耗就不高。相反，支化使分子鏈間作用力減弱，分子鏈活動(dòng)能力增強(qiáng)，介電常數(shù)和介質(zhì)損耗均增大。
高聚物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)及力學(xué)狀態(tài)對(duì)介電性景響也很大。結(jié)品能抑制鏈段上偶極矩的取向極化，因此高聚物的介質(zhì)損耗隨結(jié)晶度升高而下降。當(dāng)高聚物結(jié)晶度大于70%時(shí)，鏈段上的偶極的極化有時(shí)全被抑制，介電性能可降至低值，同樣的道理，非晶態(tài)高聚物在玻璃態(tài)下比在高彈態(tài)下具有更低的介質(zhì)損耗。此外，高聚物中的增塑利、雜質(zhì)等對(duì)介電性能也有很大景響。
