اصول کار مواد دی الکتریک خازن و بهینه سازی عملکرد

به عنوان مؤلفه های مهم در مدارهای الکترونیکی ، عملکرد خازن S تا حد زیادی به ویژگی های مواد دی الکتریک آنها بستگی دارد. اصول کار مواد دی الکتریک در درجه اول شامل دو پارامتر اصلی است: قدرت میدان خرابی و ثابت دی الکتریک. درک این اصول برای بهینه سازی عملکرد خازن ضروری است.

مکانیسم هایی برای بهبود قدرت میدان شکست
پدیده های تجزیه در مواد دی الکتریک جامد می توانند به سه نوع طبقه بندی شوند: تجزیه الکتریکی ، تجزیه حرارتی و تجزیه تخلیه جزئی ، که تجزیه الکتریکی مکانیسم ذاتی است. این تئوری مبتنی بر تئوری برخورد تخلیه گاز است و رابطه نزدیک بین قدرت میدان خرابی و میانگین مسیر الکترون را نشان می دهد. تحقیقات نشان می دهد که کلید بهبود قدرت میدان شکست در سرکوب مؤثر مهاجرت الکترونی نهفته است. شکل 5-23 منحنی رابطه بین قدرت میدان خرابی و زمان کاربرد ولتاژ در دی الکتریک جامد را نشان می دهد ، در حالی که شکل 5-4 بیشتر این پدیده را از طریق مدل موج دار محافظت از الکترونی توضیح می دهد. در کاربردهای عملی ، بهینه سازی ریزساختار مواد برای گسترش میانگین مسیر آزاد الکترون می تواند به طور قابل توجهی ولتاژ دی الکتریک را در برابر توانایی مقاومت کند.

مکانیسم های قطبی سازی برای تقویت ثابت دی الکتریک
بهبود ثابت دی الکتریک به اثرات ترکیبی مکانیسم های مختلف قطبش متکی است. قطبش جابجایی شامل دو شکل است: قطبش جابجایی الکترونیکی و قطبش جابجایی یونی. اولی از جابجایی ابرهای الکترون نسبت به هسته های اتمی سرچشمه می گیرد ، در حالی که دومی ناشی از جابجایی نسبی یون های مثبت و منفی است. قطبش جهت گیری در مولکول های قطبی رخ می دهد ، جایی که قطرهای مولکولی تحت یک میدان الکتریکی خارجی قرار می گیرند. قطبش ترمیونی از نزدیک با دما مرتبط است و شامل فرآیند فعال سازی حرارتی یون ها در شبکه کریستال است. قطبش بار فضا (همچنین به عنوان قطبش بین سطحی شناخته می شود) در ناهمگونی های دی الکتریک رخ می دهد ، که توسط تجمع حامل بار در رابط ها تشکیل می شود. اثرات هم افزایی این مکانیسم های قطبی سازی خصوصیات دی الکتریک ماکروسکوپی مواد را تعیین می کند.

استراتژی های متعادل برای بهینه سازی عملکرد
در طراحی خازن عملی ، باید تعادل بین قدرت میدان شکست و ثابت دی الکتریک جستجو شود. موادی با ثابت دی الکتریک بالا اغلب نقاط قوت میدان شکست کمتری را نشان می دهند ، در حالی که مواد مقاوم در برابر ولتاژ بالا به طور معمول دارای ثابت دی الکتریک متوسط ​​هستند. از طریق روشهای پیشرفته طراحی مواد مانند نانوکامپوزیت ها و مهندسی رابط ، هر دو پارامتر می توانند به طور همزمان به منظور توسعه مواد دی الکتریک خازن بهینه شوند. درک این اصول اساسی راهنمایی نظری برای توسعه مواد جدید ذخیره انرژی ارائه می دهد. $ $