說(shuō)說(shuō)極化與介電常數(shù)那些事（ZJ-3型精密壓電D33常數(shù)測(cè)試儀）

電介質(zhì)是能夠被電極化的絕緣體。電介質(zhì)的帶電粒子是被原子、 分子的內(nèi)力或分子間的力緊密束縛著， 因此這些粒子的電荷為束縛電荷。在外電場(chǎng)作用下， 這些電荷也只能在微觀范圍內(nèi)移動(dòng)， 產(chǎn)生極化。在靜電場(chǎng)中， 電介質(zhì)內(nèi)部可以存在電場(chǎng)， 這是電介質(zhì)與導(dǎo)體的基本區(qū)別。

電介質(zhì)包括氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)等范圍廣泛的物質(zhì)，也包括真空。固態(tài)電介質(zhì)包括晶態(tài)電介質(zhì)和非晶態(tài)電介質(zhì)兩大類，后者包括玻璃、樹(shù)脂和高分子聚合物等，是良好的絕緣材料。凡在外電場(chǎng)作用下產(chǎn)生宏觀上不等于零的電偶極矩，因而形成宏觀束縛電荷的現(xiàn)象稱為電極化，能產(chǎn)生電極化現(xiàn)象的物質(zhì)統(tǒng)稱為電介質(zhì)。電介質(zhì)的電阻率一般都很高，被稱為絕緣體。有些電介質(zhì)的電阻率并不很高，不能稱為絕緣體，但由于能發(fā)生極化過(guò)程，也歸入電介質(zhì)。

對(duì)電介質(zhì)特殊效應(yīng)的理論和應(yīng)用構(gòu)成了電介質(zhì)物理學(xué)另一方面的研究?jī)?nèi)容。這些特殊效應(yīng)包括：

目前能夠?qū)崿F(xiàn)功能和測(cè)量的設(shè)備主要有:

壓電方面：ZJ-3型精密D33測(cè)試儀，ZJ-4型寬量程型D33測(cè)試儀，ZJ-6型精密D33/D31/D15測(cè)試儀，GDPT-900A型變溫壓電D33測(cè)試儀

介電方面：GWJDN-1000型高低溫介電測(cè)試系統(tǒng)，GWJDN-600型四通道高低溫介電測(cè)試儀

鐵電方面：ZT-4A鐵電測(cè)試儀，F(xiàn)E-5000型鐵電材料測(cè)試儀，JKTD-1000型鐵電測(cè)試儀

熱電材料:  BKTEM-1型熱電材料測(cè)試儀 

熱釋放電材料：PRPM-1000熱釋電系數(shù)高溫測(cè)試系統(tǒng)

制樣方面：PZT-JH10/4型陶瓷極化裝置，PZT-JH30/3型復(fù)合極化裝置，PZT-JH30/1型PVDF薄膜極化裝置，PVDF-600型連續(xù)薄膜極化裝置系統(tǒng)

   ZJ-D33-YP15型壓電陶瓷壓片機(jī).

①壓電效應(yīng)。一些晶體因受外力而產(chǎn)生形變時(shí)，會(huì)發(fā)生極化現(xiàn)象，在相對(duì)兩面上形成異號(hào)束縛電荷，稱為壓電效應(yīng)。壓電晶體種類很多，常見(jiàn)的有石英、酒石酸鉀鈉（羅謝耳鹽）、磷酸二氫鉀（KDP）、磷酸二氫銨（ADP）、鈦酸鋇，以及砷化鎵、硫化鋅等半導(dǎo)體和壓電陶瓷等。壓電晶體的機(jī)械振動(dòng)可轉(zhuǎn)化為電振動(dòng)，常用來(lái)制造晶體振蕩器，其突出優(yōu)點(diǎn)是振蕩頻率的高度穩(wěn)定性，無(wú)線電技術(shù)中可用來(lái)穩(wěn)定高頻振蕩的頻率，這種振蕩器已廣泛用于石英鐘。壓電晶體還普遍用于話筒、電唱頭等電聲器件中。利用壓電現(xiàn)象可測(cè)量各種情形下的壓力、振動(dòng)和加速度等。

②電致伸縮。是壓電效應(yīng)的逆效應(yīng)。一些晶體在電場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短形變，稱電致伸縮。利用電致伸縮效應(yīng)可將電振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動(dòng)，常用于產(chǎn)生超聲波的換能器，以及耳機(jī)和高音喇叭等。

③駐極體。除去外電場(chǎng)或外加機(jī)械作用后，仍能長(zhǎng)時(shí)間保持極化狀態(tài)的電介質(zhì)稱為駐極體。駐極體同時(shí)具有壓電效應(yīng)和熱電效應(yīng)。技術(shù)上大多采用極性高分子聚合物作為駐極體材料。駐極體能產(chǎn)生30千伏/厘米的強(qiáng)電場(chǎng)。駐極體能存儲(chǔ)電荷的性能已被用于靜電攝影術(shù)和吸附氣體中微小顆粒的氣體過(guò)濾器。

④熱電效應(yīng)。具有自發(fā)極化造成的宏觀電偶極矩，并具有較大熱脹系數(shù)的晶體稱為熱電晶體。處于自發(fā)極化狀態(tài)的熱電晶體，在電偶極矩正、負(fù)兩端表面上本來(lái)存在著由極化形成的束縛電荷，但由于吸附了空氣中的異號(hào)離子而不表現(xiàn)出帶電性質(zhì)。當(dāng)溫度改變時(shí)，熱電晶體的體積發(fā)生顯著變化，從而導(dǎo)致極化強(qiáng)度的明顯改變，破壞了表面的電中性，表面所吸附的多余電荷將被釋放出來(lái)，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。經(jīng)人工極化的鐵電體和駐極體都具有熱電效應(yīng)。熱電效應(yīng)已用于紅外線探測(cè)和熱成像技術(shù)。

⑤電熱效應(yīng)。熱電效應(yīng)的逆效應(yīng)，具有電熱效應(yīng)的電介質(zhì)（多為駐極體）稱為電熱體。在絕熱條件下借助于外電場(chǎng)改變電熱體的永久極化強(qiáng)度時(shí)，它的溫度會(huì)發(fā)生變化，此稱為電熱效應(yīng)。絕熱去極化可降低溫度，與絕熱去磁法（見(jiàn)磁熱效應(yīng)）一樣可用來(lái)獲得超低溫。常用的電熱材料有鈦酸鍶陶瓷和聚偏氟乙烯（PVF）等駐極體。

⑥電光效應(yīng)。某些各向同性的透明電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下變成光學(xué)各向異性的效應(yīng)。

⑦鐵電性。在一些電介質(zhì)晶體中存在許多自發(fā)極化的小區(qū)域，每個(gè)自發(fā)極化的小區(qū)域稱為鐵電疇，其線度為微米數(shù)量級(jí)。同一鐵電疇內(nèi)各個(gè)電偶極矩取向相同，不同鐵電疇的自發(fā)極化方向一般不同，因而宏觀上總的電偶極矩為零。在外電場(chǎng)作用下各鐵電疇的極化方向趨于一致，極化強(qiáng)度P與電場(chǎng)強(qiáng)度E有非線性關(guān)系。在峰值固定的交變電場(chǎng)反復(fù)作用下，P與E的關(guān)系曲線類似于磁滯回線（見(jiàn)鐵磁性），稱為電滯回線。以上性質(zhì)稱為鐵電性，具有鐵電性的電介質(zhì)稱鐵電體。當(dāng)溫度升高到某一臨界值Tc時(shí)，鐵電疇互解，鐵電性消失，鐵電體轉(zhuǎn)變?yōu)槠胀橂娦噪娊橘|(zhì)，Tc稱為鐵電居里溫度。鐵電體具有很高的電容率。鐵電體必定同時(shí)具有壓電性和熱電性。

⑧鐵彈性。一些晶體在其內(nèi)部能形成自發(fā)應(yīng)變的小區(qū)域，稱為鐵彈疇，同一鐵彈疇內(nèi)的自發(fā)應(yīng)變方向（疇?wèi)B(tài)）相同，任兩個(gè)鐵彈疇的疇?wèi)B(tài)相同或呈鏡面對(duì)稱。外加應(yīng)力可使鐵彈疇從一個(gè)疇?wèi)B(tài)過(guò)渡到另一疇?wèi)B(tài)。外應(yīng)力改變時(shí)，應(yīng)變滯后于應(yīng)力變化，且應(yīng)力與應(yīng)變是非線性關(guān)系。在周期性外應(yīng)力作用下，應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系曲線類似于磁滯回線，稱為力滯回線。以上性質(zhì)稱為鐵彈性，具有鐵彈性的電介質(zhì)稱為鐵彈體。鐵彈體的電容率、折射率、電導(dǎo)率、熱脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、彈性模量和電致伸縮率等因方向而異，且這種方向性會(huì)隨應(yīng)力而變，利用這些特點(diǎn)在制造力敏器件上有著廣泛的應(yīng)用前景。

在電工技術(shù)中，電介質(zhì)主要用作為電氣絕緣材料，故電介質(zhì)亦稱為電絕緣材料。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)一些電介質(zhì)具有與極化過(guò)程有關(guān)的特殊性能。如不具有對(duì)稱中心的晶體電介質(zhì)，在機(jī)械力的作用下能產(chǎn)生極化，即壓電性；不具有對(duì)稱中心，而具有與其他方向不同的唯一的極軸晶體存在自發(fā)極化，當(dāng)溫度變化能引起極化，即具有熱釋電性；當(dāng)自發(fā)極化偶極矩能隨外施電場(chǎng)的方向而改變，它的極化強(qiáng)度與外施電場(chǎng)的關(guān)系曲線與鐵磁材料的磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)的關(guān)系曲線極為相似，即具有電滯曲線(鐵電性)。具有壓電性、熱釋電性、鐵電性的材料分別稱為壓電材料、熱釋電材料、鐵電材料。這些具有特殊性能的材料統(tǒng)稱為功能材料。它是電介質(zhì)的一個(gè)重要組成部分?？捎米鳈C(jī)械、熱、聲、光、電之間的轉(zhuǎn)換，在國(guó)防、探測(cè)、通信等領(lǐng)域具有極為重要的用途。