介電譜在材料測試中的應(yīng)用

介電譜，因?yàn)槠溆懻摰氖求w系在外時(shí)間變化電場刺激下的滯后響應(yīng)，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(yīng)。

介電譜在實(shí)驗(yàn)上源于19世紀(jì)后期對分子液體和固體以及弱導(dǎo)電性材料的測量，在理論上應(yīng)該開始于20世紀(jì)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(shí)代的開始。

（1）介電頻率譜

介電頻率譜與常規(guī)的譜學(xué)方法，如NMR或振動光譜相比，覆蓋的測量頻率范圍寬。同時(shí)，介電譜對分子間相互作用特別敏感，解析介電譜中個(gè)別的弛豫過程能夠告訴我們分子運(yùn)動的特征時(shí)間，檢測協(xié)同過程，因此介電譜方法提供了一種檢測個(gè)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(lǐng)域，在這個(gè)格外寬的動力學(xué)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(jìn)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(xué)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(fù)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(xué)性能、微結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制也會有一定得差別,甚至有的材料當(dāng)溫度在臨界點(diǎn)左右變化時(shí),材料的相結(jié)構(gòu)會發(fā)生突變,導(dǎo)致臨界點(diǎn)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(jī)制,材料的介電弛豫機(jī)制,材料組成、結(jié)構(gòu)、性能之間相互作用機(jī)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(lǐng)域研究者們非常重視的測試手段。

二、試驗(yàn)介電溫度譜試驗(yàn)相關(guān)設(shè)備：華測高低溫介電溫譜測試儀HCWP