[科普中国]-介电材料

介电材料是指在外电场作用下能发生极化、电导、损耗和击穿等现象的材料。1

介电材料属绝缘体，用于制造电容器。为了使电容器的静电电容器尽量地大而体积又小，一般要求山所用电介质的介电常数（s）越大越好；L电极间距越小越好，电极面积越大越好。

概述介电材料又叫电介质，是以电极化为特征的材料。介电材料是通过感应而非传导的方式传递、存储或记录电场的作用和影响。其中电极化是在外电场作用下，分子中正负电荷中心发生相对位移而产生电偶极矩的现象，而介电常数是表征电介质的最基本参数。

此外，电介质材料一般为非导电体，即绝缘体，一般是指电导率低于的材料。2

介电材料主要用于制造电容器。要求材料的电阻率高，介电常量大。

介电材料的种类很多，重要的有金红石（）瓷，含二氧化钛的复合氧化物陶瓷，如钛酸钙、钛酸镁、钛酸钡等。云母具有层状结构，易剥离成薄片，适于用作叠层型电容器。六方氮化硼耐高温、导热系数大，是理想的高温导热绝缘材料。白宝石（）、尖晶石（）等可作电子器件的衬底材料，可在它上面生长单晶硅膜。

介电材料种类介电材料主要分为气体电介质材料、液体电介质材料及固体电介质材料。

气体电介质材料包括非极性气体（如He、、、和），极牲气体（如HCl、NO等），还有一些混合气体如空气，其中最常用的是天然气介质。

液体电介质材料，包括非极性和弱极性液体（如、苯、二甲苯、汽油、煤油等），极性液体（如乙醇、水、三氯联苯等）。

固体电解质材料是使用最多的电介质材料，主要包括陶瓷和高聚物两类，还包括金刚石、硅、硫等晶体。电介质陶瓷为我们本章主要讲述的材料，其应用最广泛。高分子聚合物电介质材料目前也有开展研究及应用，包括聚乙烯及聚四氟乙烯等。2

体系介电材料主要包括电容器介质材料和微波介质材料两大体系。其中用于电容器介质的介电材料在整个介电材料中占有很大比重，它可分为有机材料和无机材料两大类。近年来，新型陶瓷介电材料获得快速发展，其中独石电容器材料就是典型的代表。微波介质材料主要是用于制造介质谐振器、微波集成电路基片与元件、介质天线等微波器件的介电材料。

电容器介电材料电容器介电材料分为有机材料和无机材料两大类（如右图所示）。有机介电材料分为极性介电材料和非极性介电材料两种。其中除纸以外，均为高分子聚合物薄膜，即有机膜。无机介电材料则分为气体和固体介电材料两类。气体包括空气、压缩氮气、六氟化硫及混合气体等。固体介电材料包括云母、玻璃和陶瓷等。在各种介电材料中，纸、陶瓷、云母属传统材料。陶瓷介电材料近年获得快速发展，其中独石电容器材料就是典型代表。1

微波介电材料微波介电材料主要用于制造介质谐振器、微波集成电路及片与元件和家用微型平面天线等微波器件。介质谐振器由微波介质陶瓷材料构成，其发展非常迅速，材料种类繁多，其中典型材料包括系统、钙钛矿型陶瓷。微波集成电路基片常用材料有聚四氟乙烯、石英、氧化铍、氧化铝、尖晶石、蓝宝石、石榴石铁氧体、砷化钾、二氧化钛和红宝石等。3

介电材料的动因介电材料的主要驱动力是电气和机械特性、可制造性和成本。这些因素的量级取决于市场和应用。对于许多市场，成本是最大的驱动力，而性能可能要折中。对于其他市场，性能是主要驱动力，成本不是问题。而可制造性影响成本以及质量和可靠性。

电气和机械特性与性能直接相关，人们最感兴趣的电气性质是介电常数（k）和扩散因子（DF）。这些材料的稳定性，以及随变化的温度和湿度而发生变化的相应的电气特性，也是一个因素。对于高速设计而言，低的k和低的DF是必要的，PTFE（聚四氟乙烯，Teflon）是具有最低k和DF性质的聚合物。

厚度容限和热膨胀系数（CTE）也是影响因数。但是，PTFE是一种热塑的、外形不稳定的、非常滑的材料，在没有大的表面处理情况下，没有哪样东西能够粘附到上面。将PTFE与其他材料（例如玻璃增强剂）组合，在对介电特性最小影响的情况下，提高了机械性质。在过去数年中，为了产生多种类的期望特征，材料工程师们已经合成聚合物和填充物的许多组合物和混合物。

如右图所示说明了材料的通用成本结构。金字塔的底部由常规环氧树脂层叠材料组成，并向上通过各种混合物或聚合物，直到顶部的PTFE基材料。4

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学