材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的測量.doc

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1、無機(jī)材料的介電常數(shù)及磁導(dǎo)率的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握無機(jī)材料介電常數(shù)及磁導(dǎo)率的測試原理及測試方法。2.學(xué)會(huì)使用Agilent4991A射頻阻抗分析儀的各種功能及操作方法。3.分析影響介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的的因素。二、實(shí)驗(yàn)原理1?介電性能介電材料(又稱電介質(zhì))是一類具有電極化能力的功能材料，它是以正負(fù)電荷重心不重合的電極化方式來傳遞和儲(chǔ)存電的作用。極化指在外加電場作用下，構(gòu)成電介質(zhì)材料的內(nèi)部微觀粒子，如原子，離子和分子這些微觀粒子的正負(fù)電荷屮心發(fā)生分離，并沿著外部電場的方向在一定的范圍內(nèi)做短距離移動(dòng)，從而形成偶極子的過程。極化現(xiàn)象和頻率密切相關(guān)，在特定的

2、的頻率范圍主要有四種極化機(jī)制：電了極化(electronicpolarization,10l5Hz),離了極化(ionicpolarization,I012?10、‘Hz),轉(zhuǎn)向極化(orientationpolarization,10口?1012Hz)和空間電荷極化(spacechargepolarization,103Hz)□這些極化的基木形式又分為位移極化和松弛極化，位移極化是彈性的，不需要消耗時(shí)間，也無能量消耗，如電子位移極化和離子位移極化。而松弛極化與質(zhì)點(diǎn)的熱運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，極化的建立需要消耗一定的吋間，也通常伴隨有能量的消耗，如電子松弛極

3、化和離子松弛極化。相對(duì)介電常數(shù)(￡),簡稱為介電常數(shù)，是表征電介質(zhì)材料介電性能的最重要的基木參數(shù)，它反映了電介質(zhì)材料在電場作用下的極化程度。￡的數(shù)值等于以該材料為介質(zhì)所作的電容器的電容量與以真空為介質(zhì)所作的同樣形狀的電容器的電容量之比值。表達(dá)式如下：(1)1Cd=——x勺A式小C為含有電介質(zhì)材料的電容器的電容量；Co為相同情況下真空電容器的電容量；A為電極極板面積；d為電極間距離；￡0為真空介電常數(shù)，等于8.85X10'12F/rrio另外一個(gè)表征材料的介電性能的重要參數(shù)是介電損耗，-?般用損耗角的正切(tang)表示。它是指材料在電場作用下，由于

4、介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)而引起的能量損耗。材料的介電常數(shù)和介電損耗取決于材料結(jié)構(gòu)和極化機(jī)理。除此Z外，還與工作頻率、環(huán)境溫度、濕度有關(guān)。在交變電場作用下，材料的介電常數(shù)常用復(fù)介電常數(shù)表達(dá)：￡=(2)式)IF和￡都是與頻率相關(guān)的量，二者的比值為tangtan6=二=-^―(3)s'0)8則介質(zhì)電導(dǎo)率

5、狀態(tài)向?qū)щ姞顟B(tài)轉(zhuǎn)變，這一臨界電場強(qiáng)度即為介電強(qiáng)度。2.磁導(dǎo)率(MagneticPermeability)任何介質(zhì)處于磁場屮，均會(huì)使其所在空間的磁場發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為磁化。在磁場強(qiáng)度為的外加磁場屮，介質(zhì)被磁化后會(huì)反過來影響所在的磁場，使其發(fā)生變化，即產(chǎn)生一個(gè)附加磁場R,此吋介質(zhì)所處磁場的總磁場強(qiáng)度H總為+(5)單位為安/米(A/m)。無外加磁場時(shí)，材料屮原子固有磁矩的矢量總和為零，宏觀上不呈現(xiàn)磁性。外加磁場時(shí)，物質(zhì)被磁化，但是不改變其固有磁矩大小，只改變其取向。因此物質(zhì)的磁化程度可以用單位體積的磁矩大小來表示，即磁化強(qiáng)度M,其單位為A/mM(6)

6、V式屮工匕表示體積為V磁介質(zhì)屮磁矩矢量和。M即丄述的附加磁場，它與磁場強(qiáng)度的關(guān)系為(7)式屮力為單位體積的磁化率，量綱為1。通過垂直磁場方向單位而積的磁力線束稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度，用B表示，其單位為T(特斯拉)，它與磁場強(qiáng)度H的關(guān)系為式'PUoMttxIO'7,單位為H/m（亨/米），稱為真空磁導(dǎo)率。將式⑺代入式⑸代入可得：B=PO（1+Z）H=POU,.H=PH式屮比?為相對(duì)磁導(dǎo)率；p為物質(zhì)磁導(dǎo)率，它反映磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨外磁場強(qiáng)度H變化的速率。通常使用的是磁介質(zhì)的和對(duì)磁導(dǎo)率，其定義為物質(zhì)磁導(dǎo)率p與真空磁導(dǎo)率%的比值，即：u片）(10)類似的，在交變磁場屮

7、，相對(duì)磁導(dǎo)率是一個(gè)復(fù)數(shù)，即(11)叮表示在磁場作用下產(chǎn)生的磁化程度，反映材料對(duì)電磁波能量的存儲(chǔ)能力；urn表示外加磁場作用下材料磁偶矩重排引起的損耗，反映材料對(duì)電磁波產(chǎn)生損耗的能力。磁性損耗介質(zhì)對(duì)電磁波的衰減能力通常用損耗正切tan?=-來表示，其值越大，衰減能力越強(qiáng)。3.阻抗分析儀測量介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的原理本實(shí)驗(yàn)屮使用的儀器是AgilentTechnologies公司的生產(chǎn)的E4991A型射頻阻抗分析儀。它采用射頻電流■電床（RF-IV）測量技術(shù)，依據(jù)被測件終端電流和電壓來直接測量1MHz?3GHz頻率范圍內(nèi)的阻抗。通過測定的高精度的阻抗值,自動(dòng)

8、計(jì)算試樣的介電常數(shù)或磁導(dǎo)率，可直接在顯示器上讀取結(jié)果。測量介電常數(shù)時(shí)需將E4991A與夾具16453A配套使用，測量磁導(dǎo)率