หลักการทำงานของวัสดุอิเล็กทริกตัวเก็บประจุและการเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพ

เป็นส่วนประกอบสำคัญในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ประสิทธิภาพของ ตัวเก็บประจุ ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับลักษณะของวัสดุอิเล็กทริกของพวกเขา หลักการทำงานของวัสดุอิเล็กทริกส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับพารามิเตอร์หลักสองประการคือความแข็งแรงของสนามแยกและค่าคงที่ไดอิเล็กตริก การทำความเข้าใจหลักการเหล่านี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการปรับประสิทธิภาพของตัวเก็บประจุให้เหมาะสม

กลไกในการปรับปรุงความแรงของสนามสลาย
ปรากฏการณ์การสลายตัวในวัสดุอิเล็กทริกที่เป็นของแข็งสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: การสลายทางไฟฟ้าการสลายความร้อนและการสลายตัวบางส่วนโดยมีการสลายทางไฟฟ้าเป็นกลไกที่แท้จริง ทฤษฎีนี้ขึ้นอยู่กับทฤษฎีการปะทะกันของการปล่อยก๊าซเผยให้เห็นความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดระหว่างความแข็งแรงของสนามสลายและอิเล็กตรอนหมายถึงเส้นทางอิสระ การวิจัยแสดงให้เห็นว่ากุญแจสำคัญในการปรับปรุงความแข็งแรงของสนามสลายอยู่ในการระงับการย้ายถิ่นของอิเล็กตรอนอย่างมีประสิทธิภาพ รูปที่ 5-23 แสดงให้เห็นถึงเส้นโค้งความสัมพันธ์ระหว่างความแข็งแรงของสนามสลายและเวลาการใช้แรงดันไฟฟ้าในไดอิเล็กติกที่เป็นของแข็งในขณะที่รูปที่ 5-4 อธิบายปรากฏการณ์นี้เพิ่มเติมผ่านแบบจำลองการป้องกันอิเล็กตรอน ในการใช้งานจริงการเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างจุลภาคของวัสดุเพื่อขยายเส้นทางอิเล็กตรอนหมายถึงเส้นทางอิสระสามารถช่วยเพิ่มความสามารถของแรงดันไฟฟ้าของอิเล็กทริกอย่างมีนัยสำคัญ

กลไกการโพลาไรเซชันเพื่อเพิ่มค่าคงที่ไดอิเล็กทริก
การปรับปรุงค่าคงที่ไดอิเล็กทริกขึ้นอยู่กับผลรวมของกลไกโพลาไรเซชันต่างๆ โพลาไรเซชันการกระจัดประกอบด้วยสองรูปแบบ: โพลาไรเซชันการกระจัดทางอิเล็กทรอนิกส์และโพลาไรเซชันการกระจัดไอออนิก อดีตมีต้นกำเนิดจากการกระจัดของเมฆอิเล็กตรอนที่สัมพันธ์กับนิวเคลียสอะตอมในขณะที่หลังเป็นผลมาจากการกระจัดสัมพัทธ์ของไอออนบวกและลบ โพลาไรเซชันแบบ Orientational เกิดขึ้นในโมเลกุลขั้วโลกซึ่งโมเลกุลไดโพลจัดตำแหน่งภายใต้สนามไฟฟ้าภายนอก โพลาไรซ์เทอร์โมนิคมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอุณหภูมิและเกี่ยวข้องกับกระบวนการกระตุ้นความร้อนของไอออนภายในโครงตาข่ายคริสตัล โพลาไรเซชันของประจุพื้นที่ (หรือที่เรียกว่าโพลาไรซ์อินเตอร์เซียล) เกิดขึ้นที่อิเล็กทริกอิเล็กทริกที่เกิดจากการสะสมของผู้ให้บริการประจุที่อินเทอร์เฟซ ผลเสริมฤทธิ์กันของกลไกโพลาไรเซชันเหล่านี้เป็นตัวกำหนดคุณสมบัติไดอิเล็กตริกขนาดมหึมาของวัสดุ

กลยุทธ์ที่สมดุลสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพ
ในการออกแบบตัวเก็บประจุในทางปฏิบัติจะต้องมีการค้นหาความสมดุลระหว่างความแรงของสนามสลายและค่าคงที่ไดอิเล็กตริก วัสดุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงมักจะแสดงความแข็งแรงของสนามสลายที่ต่ำกว่าในขณะที่วัสดุที่ทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงมักจะมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกเล็กน้อย ด้วยวิธีการออกแบบวัสดุขั้นสูงเช่นนาโนคอมโพสิตและวิศวกรรมอินเตอร์เฟสพารามิเตอร์ทั้งสองสามารถปรับให้เหมาะสมพร้อมกันเพื่อพัฒนาวัสดุอิเล็กทริกตัวเก็บประจุ การทำความเข้าใจหลักการพื้นฐานเหล่านี้ให้คำแนะนำทางทฤษฎีสำหรับการพัฒนาวัสดุจัดเก็บพลังงานใหม่