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冷熱臺在低溫介電性能測試中的應用
- 分類： 行業知識
- 作者：周酉林
- 來源：本站
- 發布時間：2024-04-16
- 訪問量： 306
【概要描述】介電性能，作為材料在電場作用下的響應能力的度量，是評估材料電性質不可或缺的關鍵指標。通過對其進行全面···
冷熱臺在低溫介電性能測試中的應用
【概要描述】介電性能，作為材料在電場作用下的響應能力的度量，是評估材料電性質不可或缺的關鍵指標。通過對其進行全面···
- 分類： 行業知識
- 作者：周酉林
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介電性能，作為材料在電場作用下的響應能力的度量，是評估材料電性質不可或缺的關鍵指標。通過對其進行全面細致的測試，我們可以精確掌握材料在電場作用下的各項性能參數，包括但不限于介電常數、介電損耗、絕緣強度以及介電擊穿電壓等。
介電常數，這一物理量直接反映了材料在電場中的極化程度。其數值的大小是衡量材料電場響應能力的直接依據，常數值越大，意味著材料在電場作用下的極化現象越顯著。
介電損耗，則是指材料在電場作用下所產生的能量損耗，通常通過損耗因子進行量化評估。這一指標為我們揭示了材料在電場中能量耗散的具體情況。
絕緣強度，這一參數則是用于量化材料在電場作用下所能承受的最大電場強度，從而判斷材料的絕緣性能優劣。
介電擊穿電壓，它代表了材料在電場作用下發生擊穿的電壓閾值，通過測試這一指標，我們可以評估材料在電場作用下的耐電擊穿能力。
在介電性能測試中，低溫條件下的測試具有諸多顯著優勢。
首先，它能夠清晰揭示溫度對介電性能的影響機制，通過在不同溫度下進行測試，我們可以觀察到材料性能隨溫度變化的趨勢，這對于我們理解材料在特定或極端條件下的性能表現至關重要。
其次，低溫測試有助于提高測試的精確性和可靠性，減少高溫環境下可能受到的熱噪聲和其他干擾因素的影響，從而提高測試數據的準確性。此外，低溫測試還能夠模擬實際使用環境中的溫度波動，使測試結果更加貼近實際應用場景。
最后，低溫測試有助于拓展測試范圍，覆蓋更廣泛的工作溫度和頻率范圍，為材料的應用提供更全面的信息支持。
在應用方面，低溫介電性能測試適用于多種材料，如陶瓷材料、薄膜材料、固體電解質以及多功能復合材料等。例如，在陶瓷材料方面，低溫環境可能會引發其介電性能的顯著變化，因此進行低溫測試對于了解其性能表現至關重要。對于薄膜材料，其在微電子和半導體領域的應用廣泛，其介電性能對器件性能具有直接影響，低溫測試有助于揭示其在低溫下的介電行為。在固體電解質方面，低溫測試有助于了解其在低溫下的離子傳導和介電性能，為提升固態電池和超級電容器等新型能源器件的性能提供指導。而對于多功能復合材料，低溫測試可以評估其在復雜環境中的性能表現，為其在實際應用中的推廣提供支持。
以聚酰亞胺（PI）薄膜[1]為例，作為一種高性能的絕緣材料，其在微電子、航空航天等領域的應用廣泛。由于其工作環境往往涉及低溫條件，因此對其進行低溫介電測試具有重要意義。通過測試，我們可以獲得PI薄膜在不同溫度下的介電常數、介質損耗、介電強度等關鍵參數，從而評估其在低溫環境下的絕緣性能和穩定性。同時，結合材料的微觀結構和成分分析，我們可以揭示影響介電性能的關鍵因素，為PI薄膜的性能優化提供指導。此外，了解PI薄膜在低溫下的介電性能還有助于拓展其在極端環境下的應用，如航空航天領域中的耐低溫電子元器件和電纜等。
又如氧化石墨烯（GO）[2]為例，氧化石墨烯在 100 Hz - 1 MHz 頻率范圍和 77 - 475 K 溫度范圍內的介電弛豫研究。在較低溫度（<250 K）下，測得的交流電導率隨頻率呈線性變化。 然而，在較高溫度下，它幾乎與頻率無關，因為該區域中直流電導率占主導地位。在介電測量研究中，觀察到介電常數隨著溫度高達 300 K 快速增加。在測量的交流電導率接近直流電導率的溫度區域中觀察到寬的損耗峰值。復介電常數的實部和虛部的高值行為已根據介電模量形式進行了徹底研究，并將其歸因于絕緣 sp3 區域和導電 sp2 域之間的界面極化。 該材料在大介電常數應用方面表現出巨大的潛力。
綜上所述，低溫介電性能測試對于全面評估材料的電性質具有重要意義。通過測試，我們不僅可以深入了解材料在低溫環境下的介電性能，還可以為材料的優化、應用拓展以及理論模型構建提供重要的指導意義。
為實現低溫/變溫介電性能的測試，武漢嘉儀通JouleYacht可提供全套解決方案，通過變溫臺（LND-3）和介電測試系統（如安捷倫4294A、Novocontrol Concept 80、巨浪TZDZ-RT-1000等）進行匹配，實現介電性能測試設備與樣品的電信號傳導，從而實現78-600K范圍內的介電性能測試。
變溫臺（LND-3）是能夠提供很好的溫度梯度和高穩定性的溫度場，具有78--600K的寬溫度范圍、0.1K的高精度控溫等特性，并可以為客戶設計定制化樣品臺，匹配客戶檢測設備，可實現在低溫下或變溫下電學、磁學、電磁學、光學、光電學、熱力學、力學、聲學等性能測試。
圖1 氧化石墨烯的低溫介電性能
[1]Steeman P A M, Maurer F H J. Dielectric properties of polyamide-4, 6[J]. Polymer, 1992, 33(20): 4236-4241.
[2]Kumar R, Kaur A. Low frequency AC conduction and dielectric spectroscopy investigations on graphene oxide using dielectric modulus approach[J]. Diamond and Related Materials, 2021, 120: 108633.
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