Principiile de lucru ale materialelor dielectrice ale condensatorului și optimizarea performanței

Ca componente cruciale în circuitele electronice, performanța condensator S depinde în mare măsură de caracteristicile materialelor lor dielectrice. Principiile de lucru ale materialelor dielectrice implică în primul rând doi parametri de bază: rezistența câmpului de defecțiune și constanta dielectrică. Înțelegerea acestor principii este esențială pentru optimizarea performanței condensatorului.

Mecanisme pentru îmbunătățirea forței de defalcare a câmpului
Fenomenele de descompunere în materialele dielectrice solide pot fi clasificate în trei tipuri: descompunerea electrică, descompunerea termică și defalcarea parțială a descărcării, defalcarea electrică fiind mecanismul intrinsec. Această teorie se bazează pe teoria de coliziune a descărcării de gaze, dezvăluind relația strânsă dintre rezistența câmpului de descompunere și calea liberă a electronului. Cercetările arată că cheia îmbunătățirii rezistenței câmpului defalcării constă în suprimarea eficientă a migrației electronilor. Figura 5-23 demonstrează curba relației dintre rezistența câmpului de descompunere și timpul de aplicare a tensiunii în dielectrice solide, în timp ce figura 5-4 explică în continuare acest fenomen prin intermediul modelului de ondulare de ecranare a electronilor. În aplicații practice, optimizarea microstructurii materialului pentru extinderea căii libere medii electronice poate îmbunătăți semnificativ capacitatea de rezistență a tensiunii dielectrice.

Mecanisme de polarizare pentru îmbunătățirea constantei dielectrice
Îmbunătățirea constantei dielectrice se bazează pe efectele combinate ale diferitelor mecanisme de polarizare. Polarizarea deplasării include două forme: polarizarea deplasării electronice și polarizarea deplasării ionice. Primul provine din deplasarea norilor de electroni în raport cu nucleele atomice, în timp ce cel de -al doilea rezultă din deplasarea relativă a ionilor pozitivi și negativi. Polarizarea orientală are loc în moleculele polare, unde dipolii moleculari se aliniază sub un câmp electric extern. Polarizarea termionică este strâns legată de temperatură și implică procesul de activare termică a ionilor din rețeaua de cristal. Polarizarea sarcinii spațiale (cunoscută și sub denumirea de polarizare interfațială) are loc la neomogenități dielectrice, formate prin acumularea purtătorului de sarcină la interfețe. Efectele sinergice ale acestor mecanisme de polarizare determină proprietățile dielectrice macroscopice ale materialului.

Strategii echilibrate pentru optimizarea performanței
În proiectarea practică a condensatorului, trebuie solicitat un echilibru între rezistența câmpului de defecțiune și constanta dielectrică. Materialele cu constante dielectrice ridicate prezintă adesea rezistențe mai mici ale câmpului de descompunere, în timp ce materialele rezistente la tensiune de înaltă tensiune au de obicei constante dielectrice modeste. Prin metode avansate de proiectare a materialelor, cum ar fi nanocompozitele și ingineria interfeței, ambii parametri pot fi optimizați simultan pentru a dezvolta materiale dielectrice condensatoare. Înțelegerea acestor principii fundamentale oferă îndrumări teoretice pentru dezvoltarea de noi materiale de stocare a energiei.