Zasady robocze materiałów i metod dielektrycznych kondensatorów w celu poprawy gęstości magazynowania energii

Kondensatory , jako niezbędne elementy w obwodach elektronicznych, mają wydajność w dużej mierze określoną przez charakterystykę ich materiałów dielektrycznych. Zjawisko polaryzacji materiałów dielektrycznych pod zewnętrznym polem elektrycznym stanowi fizyczną podstawę magazynowania energii w kondensatorach.

Mechanizmy polaryzacji dielektryków
Materiały dielektryczne można podzielić na typy niepolarne i polarne. Niepolarne dielektryki generują przede wszystkim indukowane momenty dipolowe W zewnętrznym polu elektrycznym, objawionym jako sprężyste przesunięcie chmur elektronowych. Polar Dielecrics, oprócz przemieszczenia chmur elektronów, posiadają Stałe momenty dipolowe to jest zgodne z kierunkiem zewnętrznego pola elektrycznego. Niezależnie od rodzaju, wszystkie dielektryki rozwijają indukowane momenty dipolowe wzdłuż pola elektrycznego i wykazują związane ładunki na ich powierzchniach, gdy są poddawane zewnętrznemu pole elektryczne. Te związane ładunki nie mogą się swobodnie poruszać i mieć biegunowość przeciwną do sąsiednich elektrod.

Ilościowy opis intensywności polaryzacji
Intensywność polaryzacji (P) jest kluczowym parametrem opisującym stopień polaryzacji dielektrycznej, zdefiniowany jako suma wektorowa elektrycznych momentów dipolowych na jednostkę objętości. Elektryczny moment dipolowy (μ) jest określany przez ilość ładunku (Q) i odległość między ładunkami dodatnimi i ujemnymi (L). W izotropowych liniowych dielektrykach intensywność polaryzacji jest bezpośrednio proporcjonalna do zastosowanego pola elektrycznego (E), wyrażona jako p = ε₀ (εᵣ-1) e, gdzie ε₀ jest przenikalnością próżni (8,85 × 10⁻¹² f/m) Ta relacja ujawnia bezpośredni związek między zdolnością polaryzacji materiału a jego stałą dielektryczną.

Gęstość magazynowania energii i metody ulepszenia
Gęstość magazynowania energii (w/δv) kondensatora może być wyrażona przez wzór ½ε₀εᵣe², gdzie E jest wytrzymałością pola roboczego. Aby poprawić gęstość magazynowania energii, istnieją dwa główne podejścia: Zwiększenie siły pola roboczego I Zwiększenie stałej dielektrycznej . Poprawa siły pola roboczego zależy od charakterystyki pola rozkładu materiału dielektrycznego, podczas gdy zwiększenie stałej dielektrycznej można osiągnąć poprzez optymalizację składu materiału i mikrostruktury. Podstawowe parametry kondensatora, takie jak pojemność (C = ε₀εᵣs/d) i pojemność magazynowania energii (w = ½Cu²) są również ściśle powiązane z tymi właściwościami materiałów dielektrycznych.
Poprzez głębokie zrozumienie mechanizmów polaryzacji i ilościowych związków materiałów dielektrycznych, można zapewnić wskazówki teoretyczne w celu opracowania wysokowydajnych materiałów kondensatorów w celu zaspokojenia popytu na kondensatory o wysokiej energii w nowoczesnych urządzeniach elektronicznych.