Pracovní principy dielektrických materiálů kondenzátoru a metody ke zlepšení hustoty skladování energie

Kondenzátory , jako základní komponenty v elektronických obvodech, mají výkon z velké části určeny charakteristikami jejich dielektrických materiálů. Fenomén polarizace dielektrických materiálů pod externím elektrickým polem tvoří fyzický základ pro skladování energie v kondenzátorech.

Polarizační mechanismy dielektriky
Dielektrické materiály lze klasifikovat do nepolárních a polárních typů. Nepolární dielektrika primárně generují indukované dipólové momenty Pod externím elektrickým polem se projevuje jako elastický posun elektronových mraků. Polární dielektrika, kromě přemístění elektronového cloudu, mají Trvalé dipólové momenty To je v souladu se směrem externího elektrického pole. Bez ohledu na tento typ se všechny dielektriky vyvíjejí vyvolané momenty dipólu podél elektrického pole a vykazují vázané náboje na svých površích, když jsou podrobeny externímu elektrickému poli. Tyto vázané náboje se nemohou volně pohybovat a mají polaritu naproti polaritě sousedních elektrod.

Kvantitativní popis intenzity polarizace
Intenzita polarizace (P) je klíčovým parametrem popisujícím stupeň dielektrické polarizace, definovaný jako vektorový součet momentů elektrického dipólu na jednotku objemu. Elektrický dipólový moment (μ) je určen množstvím náboje (Q) a vzdáleností mezi kladnými a negativními náboji (L). U izotropních lineárních dielektů je intenzita polarizace přímo úměrná aplikovanému elektrickému poli (E), vyjádřené jako p = ε₀ (εᵣ-1) E, kde ε₀ je vakuová permitivita (8,85 × 10⁻² F/m) a relativní pertivity materiálu. Tento vztah odhaluje přímé spojení mezi schopností polarizace materiálu a její dielektrickou konstantou.

Metody hustoty a vylepšení energie
Hustota skladování energie (W/AV) kondenzátoru může být vyjádřena vzorcem ½ε₀e², kde E je síla pracovního pole. Pro zlepšení hustoty skladování energie existují dva hlavní přístupy: Zvýšení síly pracovního pole a Zvyšování dielektrické konstanty . Zlepšení síly pracovního pole závisí na charakteristice rozdělení pole dielektrického materiálu, zatímco zvýšení dielektrické konstanty lze dosáhnout optimalizací složení materiálu a mikrostrukturou. Úzce úzce souvisí s těmito vlastnostmi dielektrických materiálů také úzce související parametry kondenzátoru, jako je kapacita (c = ε₀εᵣs/d) a kapacita pro skladování energie (W = ½CU²).
Hlubokým pochopením polarizačních mechanismů a kvantitativních vztahů dielektrických materiálů lze poskytnout teoretické pokyny pro vývoj vysoce výkonných kondenzátorových materiálů, které uspokojí poptávku po kondenzátorech s vysokou energií v moderních elektronických zařízeních. .