مبادئ العمل للمواد العازلة المكثفة وتحسين الأداء

كمكونات حاسمة في الدوائر الإلكترونية ، أداء مكثف يعتمد S إلى حد كبير على خصائص موادها العازلة. تتضمن مبادئ العمل للمواد العازلة في المقام الأول معلمتين أساسيتين: قوة حقل الانهيار وثابتة العزل الكهربائي. فهم هذه المبادئ أمر ضروري لتحسين أداء المكثف.

آليات لتحسين قوة حقل الانهيار
يمكن تصنيف ظاهرة الانهيار في مواد عازلة صلبة إلى ثلاثة أنواع: الانهيار الكهربائي ، والانهيار الحراري ، وانهيار التفريغ الجزئي ، مع انهيار كهربائي هو الآلية الجوهرية. تعتمد هذه النظرية على نظرية تصادم تصريف الغاز ، مما يكشف عن العلاقة الوثيقة بين قوة حقل الانهيار والمسار الحر للإلكترون. تظهر الأبحاث أن مفتاح تحسين قوة حقل الانهيار يكمن في قمع هجرة الإلكترون بشكل فعال. يوضح الشكل 5-23 منحنى العلاقة بين قوة حقل الانهيار ووقت تطبيق الجهد في العازل الصلب ، في حين يشرح الشكل 5-4 هذه الظاهرة من خلال نموذج تموج التدريع الإلكترون. في التطبيقات العملية ، يمكن أن يؤدي تحسين البنية المجهرية للمادة لتوسيع المسار الحر للإلكترون إلى تعزيز قدرة جهد العزل الكهربائي بشكل كبير.

آليات الاستقطاب لتعزيز ثابت العزل الكهربائي
يعتمد تحسين ثابت العزل الكهربائي على الآثار المشتركة لآليات الاستقطاب المختلفة. يتضمن استقطاب الإزاحة شكلين: استقطاب الإزاحة الإلكترونية واستقطاب الإزاحة الأيونية. السابق ينشأ من إزاحة السحب الإلكترونية بالنسبة إلى النوى الذرية ، في حين أن هذا الأخير ينتج عن الإزاحة النسبية للأيونات الإيجابية والسلبية. يحدث الاستقطاب الاتجاهي في الجزيئات القطبية ، حيث تتماشى الأقطاب الجزيئية تحت مجال كهربائي خارجي. يرتبط الاستقطاب الحراري ارتباطًا وثيقًا بدرجة الحرارة ويتضمن عملية التنشيط الحراري للأيونات داخل الشبكة البلورية. يحدث استقطاب شحنة الفضاء (المعروف أيضًا باسم الاستقطاب البيني) في عدم التجانس العازلة ، الذي يتكون من تراكم حامل الشحن في الواجهات. تحدد التأثيرات التآزرية لآليات الاستقطاب هذه الخصائص العازلة العازلة للمادة.

استراتيجيات متوازنة لتحسين الأداء
في تصميم المكثف العملي ، يجب البحث عن توازن بين قوة حقل الانهيار وثابت العزل الكهربائي. غالبًا ما تظهر المواد ذات الثوابت العازلة عالية نقاط قوة حقل انهيار أقل ، في حين أن المواد المقاومة للجهد العالي عادة ما تكون لها ثوابت عازلة متواضعة. من خلال أساليب تصميم المواد المتقدمة مثل المركب النانوي وهندسة الواجهة ، يمكن تحسين كلا المعلمات في وقت واحد لتطوير المواد العازلة المكثفة. يوفر فهم هذه المبادئ الأساسية التوجيه النظري لتطوير مواد تخزين الطاقة الجديدة.