介電譜在材料測試中的應用

介電譜，因為其討論的是體系在外時間變化電場刺激下的滯后響應，故也稱為介電弛豫譜，本質(zhì)上是物質(zhì)與電磁波相互作用，主要是電磁場與原子的外層電子，以及晶體中的原子或離子相互作用產(chǎn)生的位移極化響應。

介電譜在實驗上源于19世紀后期對分子液體和固體以及弱導電性材料的測量，在理論上應該開始于20世紀20年代Debye關(guān)于介電體中儲存電荷的衰減的研究工作，該工作可視為研究介電弛豫現(xiàn)象的經(jīng)典，因其著名的“極性分子理論"的提出宣告了介電譜理論研究時代的開始。

（1）介電頻率譜

介電頻率譜與常規(guī)的譜學方法，如NMR或振動光譜相比，覆蓋的測量頻率范圍寬。同時，介電譜對分子間相互作用特別敏感，解析介電譜中個別的弛豫過程能夠告訴我們分子運動的特征時間，檢測協(xié)同過程，因此介電譜方法提供了一種檢測個別組成的分子光譜與表征樣品的本體性質(zhì)的連接7，尤其，介電譜與粘彈性和流變性技術(shù)之間存在密切的關(guān)系。在最新出版的一本名為“寬頻介電譜"的書中這樣的描寫：“在1 0 ^ { - 6 } \sim 1 0 ^ { 1 2 } H z頻率范圍電磁波與物質(zhì)的相互作用是寬頻介電譜的主要領域，在這個格外寬的動力學范圍內(nèi)，出現(xiàn)因分子或分子集合體的偶極波動、電荷轉(zhuǎn)移以及在體系內(nèi)部相界面上電荷積累而引起的極化效果，可由此確定所研究物質(zhì)體系的介電性質(zhì)"。因此，寬頻介電譜使我們能根據(jù)分子體系的詳情，獲得與分子的構(gòu)造、束縛的和移動的電荷相關(guān)的大量信息。此外，根據(jù)各具體研究體系的測量結(jié)果對介電采取模型化解析，還可獲得關(guān)于界面構(gòu)造、內(nèi)部構(gòu)成相電性質(zhì)以及與環(huán)境的依存性等諸多信息。

因此,雖然介電頻率譜和振動光譜等均是一種利用電磁波對物質(zhì)體系進行內(nèi)部“透視"的方法,但是介電頻率譜因測量頻率之寬、研究對象之廣,在眾多近代用于材料的物理和化學的分析方法中占有特殊的位置,甚至是不可取代。特別是最近幾十年寬頻介電譜的成功發(fā)展已經(jīng)從根本上改變了對介電譜的態(tài)度,使得它成為了在宏觀、介觀以及微觀水平上,研究固體和液體物質(zhì)以及非均勻體系和復雜體系的有效工具。

(2)介電溫度譜

溫度場對材料的性能、結(jié)構(gòu)、使用和保存具有非常重要的影響,也是研究材料首先考慮的“場因素"之一。在不同溫度環(huán)境下,即使同一種材料表現(xiàn)出的電學性能、微結(jié)構(gòu)和作用機制也會有一定得差別,甚至有的材料當溫度在臨界點左右變化時,材料的相結(jié)構(gòu)會發(fā)生突變,導致臨界點溫度前后材料的性能表現(xiàn)出巨大差異。同樣,對于每一種材料都有它的使用溫度環(huán)境,材料在不同頻率、溫度下的性能表現(xiàn)決定著它的使用環(huán)境和范圍。因此研究材料的性能、結(jié)構(gòu)在溫度場中的變化規(guī)律就顯得尤其重要。

對于電介質(zhì)陶瓷材料而言,研究其不同溫度環(huán)境中固定頻率下的介電溫度特,是了解材料極化、損耗微觀機制,材料的介電弛豫機制,材料組成、結(jié)構(gòu)、性能之間相互作用機制的最重要的方法之一。因此如何獲得更寬溫度范圍內(nèi)材料(高溫至800℃以上,低溫至-70℃以下)的介電溫譜,已成為相關(guān)領域研究者們非常重視的測試手段。

二、試驗介電溫度譜試驗相關(guān)設備：華測高低溫介電溫譜測試儀HCWP