Detalles del material dieléctrico
Un material dieléctrico es un material que puede sufrir polarización, conducción, pérdida y ruptura bajo la acción de un campo eléctrico externo.
Los materiales dieléctricos son aislantes y se utilizan para fabricar condensadores. Para que la capacidad electrostática del condensador sea lo más grande posible y el volumen lo más pequeño posible, generalmente se requiere usar cuanto mayor sea la constante dieléctrica, cuanto menor sea el espacio entre los electrodos L, mejor; Y cuanto mayor sea el área del electrodo, mejor. Introducción básica Nombre chino: Materiales dieléctricos Nombre extranjero: materia dieléctrica Alias: Dieléctrico Definición: Materiales con electrodos como características Materiales: Generalmente no conductores Usos: Se utiliza principalmente para fabricar condensadores Descripción general, tipos de materiales dieléctricos, métodos de preparación, condensadores Materiales dieléctricos, microondas Materiales dieléctricos, Materiales dieléctricos, Poder de los materiales dieléctricos, Descripción general Los materiales dieléctricos, también conocidos como dieléctricos, son materiales con electrodos. Materiales caracterizados por la polarización de los electrodos. Los materiales dieléctricos transmiten, almacenan o registran las acciones y efectos de los campos eléctricos mediante inducción en lugar de conducción. Entre ellos, la polarización del electrodo se refiere al desplazamiento relativo de los centros de carga positiva y negativa en la molécula bajo la acción de un campo eléctrico externo, generando así un momento dipolar eléctrico, mientras que la constante dieléctrica es el parámetro más básico que caracteriza al dieléctrico. Además, los materiales dieléctricos son generalmente no conductores, es decir, aislantes, lo que generalmente se refiere a materiales cuyas propiedades eléctricas son inferiores a las de los conductores. Los materiales dieléctricos se utilizan principalmente en la fabricación de condensadores. Se requiere que los materiales tengan alta resistividad y alta constante dieléctrica. Existen muchos tipos de materiales dieléctricos, los más importantes son las cerámicas de rutilo (), cerámicas de óxido compuesto que contienen dióxido de titanio, como titanato de calcio, titanato de magnesio, titanato de bario, etc. La mica tiene una estructura en capas y se pela fácilmente en láminas delgadas, lo que la hace adecuada para su uso como condensadores multicapa. El nitruro de boro hexagonal tiene las características de resistencia a altas temperaturas y alta conductividad térmica, y es un material de aislamiento térmico ideal para altas temperaturas. El zafiro blanco (), la espinela (), etc. se pueden utilizar como materiales base para dispositivos electrónicos y se pueden cultivar en películas de silicio monocristalino. Tipos de materiales dieléctricos Los materiales dieléctricos se dividen principalmente en materiales dieléctricos gaseosos, materiales dieléctricos líquidos y materiales dieléctricos sólidos. Los materiales dieléctricos de gas incluyen gases no polares (como He, He y He), gases polares (como HCl, NO, etc.) y algunos gases mixtos (como el aire), de los cuales los materiales dieléctricos de gas natural son los más comúnmente utilizado. Los materiales dieléctricos líquidos incluyen líquidos no polares y débilmente polares (como benceno, xileno, gasolina, queroseno, etc.) y líquidos polares (como etanol, agua, triclorobifenilo, etc.). Los materiales electrolíticos sólidos son los materiales dieléctricos más utilizados, incluidos cerámicos y polímeros, así como cristales como diamante, silicio y azufre. Las cerámicas dieléctricas son el material que se analiza en este capítulo y son los más utilizados. También se están investigando y aplicando materiales dieléctricos poliméricos, incluidos el polietileno y el politetrafluoroetileno. Los materiales dieléctricos del sistema incluyen principalmente dos sistemas: materiales dieléctricos de condensadores y materiales dieléctricos de microondas. Entre ellos, los materiales dieléctricos utilizados para los condensadores representan una gran proporción de todos los materiales dieléctricos y se pueden dividir en dos categorías: materiales orgánicos y materiales inorgánicos. En los últimos años, se han desarrollado rápidamente nuevos materiales dieléctricos cerámicos, de los cuales los materiales de condensadores monolíticos son un representante típico. Los materiales dieléctricos de microondas se utilizan principalmente para fabricar materiales dieléctricos para dispositivos de microondas, como resonadores dieléctricos, sustratos y componentes de circuitos integrados de microondas y antenas dieléctricas. Materiales dieléctricos de condensadores Los materiales dieléctricos de condensadores se dividen en dos categorías: materiales orgánicos y materiales inorgánicos (como se muestra en la figura de la derecha). Los materiales dieléctricos orgánicos se dividen en materiales dieléctricos polares y materiales dieléctricos no polares. Entre ellos, excepto el papel, se encuentran todas las películas poliméricas, es decir, películas orgánicas. Los materiales dieléctricos inorgánicos se dividen en dos categorías: materiales dieléctricos de gases y materiales dieléctricos sólidos. Los gases incluyen aire, nitrógeno comprimido, hexafluoruro de azufre y gases mixtos. Los materiales dieléctricos sólidos incluyen mica, vidrio y cerámica. Entre los diversos materiales dieléctricos, el papel, la cerámica y la mica son materiales tradicionales. Los materiales dieléctricos cerámicos se han desarrollado rápidamente en los últimos años, de los cuales los materiales de condensadores monolíticos son un representante típico. Clasificación de materiales dieléctricos de condensadores Materiales dieléctricos de microondas Los materiales dieléctricos de microondas se utilizan principalmente para fabricar dispositivos de microondas como resonadores dieléctricos, chips y componentes de circuitos integrados de microondas y antenas planas en miniatura domésticas. Los resonadores dieléctricos de microondas están compuestos de materiales cerámicos dieléctricos de microondas. Se están desarrollando muy rápidamente y tienen una amplia variedad de materiales, incluidos materiales de sistemas típicos, cerámicas de perovskita, etc. Los materiales comúnmente utilizados para los sustratos de circuitos de acumuladores de microondas incluyen politetrafluoroetileno, cuarzo, óxido de berilio, alúmina, espinela, zafiro, ferrita de granate, arseniuro de potasio, dióxido de titanio y rubí. Impulsores de los materiales dieléctricos Los principales impulsores de los materiales dieléctricos son el rendimiento eléctrico y mecánico, la capacidad de fabricación y el costo. La magnitud de estos factores depende del mercado y el entorno. Para muchos mercados, el costo es el principal factor y el rendimiento puede ser una compensación.
Para otros mercados, el rendimiento es el principal factor y el coste no es un problema. La capacidad de fabricación afecta el costo, así como la calidad y la confiabilidad. Las propiedades eléctricas y mecánicas están directamente relacionadas con el rendimiento, siendo las propiedades eléctricas más importantes la constante dieléctrica (k) y el coeficiente de difusión (DF). La estabilidad de estos materiales y las correspondientes propiedades eléctricas que cambian con los cambios de temperatura y humedad también son un factor. Para diseños de alta velocidad, son necesarios bajos k y DF, y el PTFE (politetrafluoroetileno, teflón) es el polímero con las propiedades de k y DF más bajas. Las tolerancias de espesor y el coeficiente de expansión térmica (CTE) también son factores. Sin embargo, el PTFE es un material termoplástico que tiene contornos inestables y es tan resbaladizo que ningún material se adherirá a él sin una preparación de la superficie. La combinación de PTFE con otros materiales, como refuerzos de fibra de vidrio, mejora las propiedades mecánicas con un impacto mínimo en las propiedades dieléctricas. En los últimos años, los ingenieros de materiales han sintetizado muchas combinaciones y mezclas de polímeros y cargas para producir una variedad de propiedades deseadas. Estructura de costos genérica para materiales La estructura de costos genérica para materiales se muestra en la figura de la derecha. La base de la pirámide consiste en un laminado epoxi tradicional, que se abre camino a través de varias mezclas o polímeros hasta llegar a un material a base de teflón en la parte superior.