电介质物理_徐卓、李盛涛_第一讲前言

1、电介质物理概论概论 电介质：在电场作用下，束缚电荷起主要作用的物质，称电介质。电介质的特征是以正负电荷重心不重合的电极化方式传递、存储或记录电的作用和影响。 电介质物理研究对象：研究电介质内部束缚电荷在电场（包括电频电场和光频电场）作用下的电极化过程；阐明其电极化规律与介质结构的关系；揭示其宏观介电性质的微观机制，进而发展电介质的效用。 概论 电介质的分类：电介质可以是气态、液态、固态，分布极广。电介质不必一定是绝缘体，但绝缘体是典型的电介质。广义上说，电介质不仅包括绝缘材料，而且还包括多种功能材料。一般把电介质分成了两大类：极性电介质 非极性（中性）电介质。由极性分子组成由非极性分子组成概论

2、 影响电介质分子极性大小的因素： 分子化学结构，分子结构对称，分子正电荷重心和负电荷重心均与其对称中心相重合，则分子为非极性的，反之分子结构不对称，则分子为极性的。 原子的正负性（表示元素原子在分子中吸收电子的能力，它等于原子的电离能和电子亲合能之和） 原子在分子中的排列相对位置。 概论 电介质物理的基本研究课题电介质的极化和弛豫 电极化过程与物质结构密切相关，电介质物理学的发展总是与物质结构的研究相呼应，电极化的三个过程： 原子核外电子云的畸变极化，即电子位移极化；分子中正负离子的相对位移极化，即离子位移极化；分子固有电矩的转向极化。概论介质的相对介电常数是综合地反映这三种微观过程的宏观物理

3、量，它是频率的函数；只当频率为零或频率很低（例如1KHZ）时，三种微观过程都参与作用，此时介电常数为：(0)随着频率的增加，分子固有电矩的转向极化逐渐落后于外场的变化，介电常数取复数形式： )()()(i实部 随频率的增加而下降 ；虚部 代表介质的损耗，虚部出现峰值，这种变化规律称弛豫型；介电常数随频率变化的现象称色散现象；偶极子转向极化在电频范围的色散现象属于弛豫色散，这是由于分子间相互碰撞或周围分子的束缚作用而引起的； 红外区 ： 先突然增加，随即徒然下降，同时 又出现峰值；可见光区以至到紫外区 ：实部取最小值，称光频介电常数。)()()()(概论Dielectric loss of Gl

4、ycerol (From Hofmann et al 1994)(Sr1-1.5xBix)TiO3Courtesy: Chen Ang, Physical Rev. B, V61, No. 2, p. 957, 2000在某些光频频率附近，实部先突然增加随即徒然下降，下降部分称反常色散，与此同时，虚部出现强烈的吸收，有很大的峰值，这对应于电子跃迁的共振吸收；根据电磁波理论，介质对光的折射率n的平方等于相对介电常数，在极高的光频电场作用下，只有电子过程才起作用。 共振型吸收曲线的线宽也反映了一定的弛豫过程，弛豫过程决定于微观粒子间的相互作用，当相互作用很强时，色散曲线和吸收曲线过渡到极端的弛豫型。2n概论 研究电极化和弛豫是电介质物理的基本课题，涉及电荷的分布，起伏，带电粒子间的相互作用固在电介质物理研究中：一方面需很好的实验手