Kondensaattorin dielektristen materiaalien ja menetelmät energian varastointitiheyden parantamiseksi

Kondensaattorit , elektronisten piirien välttämättömiä komponentteja, suorituskyky on suurelta osin määritetty niiden dielektristen materiaalien ominaisuuksien perusteella. Dielektristen materiaalien polarisaatioilmiö ulkoisen sähkökentän alla muodostaa fyysisen perustan kondensaattoreiden energian varastointiin.

Dielektristen polarisaatiomekanismit
Dielektriset materiaalit voidaan luokitella polaarisiin ja polaarisiin tyyppeihin. Ei-polaariset dielektrit tuottavat ensisijaisesti indusoidut dipolimomentit Ulkoisen sähkökentän alla ilmenee elektronipilvien elastisena siirtymänä. Polar dielektrikat, elektronipilven siirtymän lisäksi Pysyvät dipolimomentit jotka kohdistuvat ulkoisen sähkökentän suuntaan. Tyypistä riippumatta, kaikki dielektrit kehittävät indusoituja dipolimomentteja sähkökenttää pitkin ja osoittavat sidottuja latauksia niiden pinnoille ulkoisen sähkökentän altistuessa. Nämä sitoutuneet varaukset eivät voi liikkua vapaasti ja niiden napaisuus vastakkaiset vierekkäisten elektrodien kanssa.

Polarisaation voimakkuuden kvantitatiivinen kuvaus
Polarisaation voimakkuus (P) on avainparametri, joka kuvaa dielektrisen polarisaation astetta, joka on määritelty sähkö dipolimomenttien vektorisummana tilavuusyksikköä kohti. Sähkö dipolimomentti (μ) määritetään varausmäärällä (q) ja positiivisten ja negatiivisten varausten välisellä etäisyydellä (L). Isotrooppisessa lineaarisessa dielektrissä polarisaation voimakkuus on suoraan verrannollinen sovellettuun sähkökenttään (E), joka on ilmaistuna p = ε₀ (εᵣ-1) E, missä ε₀ on tyhjiön sallivuus (8,85 × 10 ⁻ ² F/m) ja εᵣ on materiaalin suhteellinen lupa. Tämä suhde paljastaa suoran yhteyden materiaalin polarisaatiokyvyn ja sen dielektrisen vakion välillä.

Energian varastointitiheys ja parannusmenetelmät
Kondensaattorin energian varastointitiheys (W/AV) voidaan ilmaista kaavalla ½ε₀εᵣe², jossa E on työkentän lujuus. Energian varastointitiheyden parantamiseksi on olemassa kaksi päälähestymistapaa: työkentän voimakkuuden lisääminen ja Dielektrisen vakion parantaminen . Työkentän lujuuden parantaminen riippuu dielektrisen materiaalin hajoamiskentän ominaisuuksista, kun taas dielektrisen vakion lisääminen voidaan saavuttaa optimoimalla materiaalikoostumus ja mikrorakenne. Peruskondensaattorin parametrit, kuten kapasitanssi (c = ε₀εᵣs/d) ja energian varastointikapasiteetti (W = ½cu²), liittyvät myös läheisesti näihin dielektristen materiaalien ominaisuuksiin.
Ymmärtämällä syvästi dielektristen materiaalien polarisaatiomekanismit ja kvantitatiiviset suhteet, korkean suorituskyvyn kondensaattorimateriaalien kehittämiseen voidaan kehittää teoreettista ohjausta, jotta voidaan vastata nykyaikaisissa elektronisissa laitteissa korkean energian tiheyden kondensaattorien kysyntää.