커패시터 유전체 재료의 작업 원리 및 에너지 저장 밀도를 개선하는 방법

커패시터 전자 회로의 필수 구성 요소로서, 유전체 재료의 특성에 의해 크게 결정된 성능을 갖는다. 외부 전기장 하에서 유전체 재료의 분극 현상은 커패시터의 에너지 저장을위한 물리적 기초를 형성한다.

유전체의 편광 메커니즘
유전체 재료는 비극성 및 극성 유형으로 분류 될 수 있습니다. 비극성 유전체가 주로 생성됩니다 유발 쌍극자 모멘트 외부 전기장 하에서 전자 구름의 탄성 변위로 나타납니다. 극성 유전체는 전자 클라우드 변위 외에도 보유하고 있습니다 영구 쌍극자 순간 외부 전기장의 방향과 일치합니다. 유형에 관계없이, 모든 유전체는 전기장을 따라 유도 된 쌍극자 모멘트를 개발하고 외부 전기장에 노출 될 때 표면에 결합 된 전하를 나타냅니다. 이러한 결합 전하는 자유롭게 움직일 수 없으며 인접한 전극과 반대되는 극성을 갖습니다.

편광 강도에 대한 정량적 설명
편광 강도 (P)는 유전체 양극화 정도를 설명하는 주요 파라미터이며, 단위 부피당 전기 쌍극자 모멘트의 벡터 합으로 정의됩니다. 전기 쌍극자 모멘트 (μ)는 전하량 (Q) 및 양수와 음전하 (L) 사이의 거리에 의해 결정된다. 등방성 선형 유전체에서, 편광 강도는 p = ε₀ (εᵣ -1) e로 표현 된 적용된 전기장 (e)에 직접 비례하며, 여기서 ε₀는 진공 허가도 (8.85 × 10 ¹² f/m)이고 εᵣ는 재료의 상대적인 허가 성이다. 이 관계는 재료의 편광 능력과 유전 상수 사이의 직접적인 연결을 보여줍니다.

에너지 저장 밀도 및 향상 방법
커패시터의 에너지 저장 밀도 (w/Δv)는 공식 ½ε₀εᵣe²에 의해 표현 될 수 있으며, 여기서 e는 작업장 강도입니다. 에너지 저장 밀도를 향상시키기 위해 두 가지 주요 접근법이 있습니다. 작업장 강도 증가 그리고 유전 상수 향상 . 작업장 강도의 개선은 유전체 재료의 파괴 필드 특성에 의존하지만, 재료 조성 및 미세 구조를 최적화함으로써 유전 상수를 증가시킬 수있다. 커패시턴스 (c = ε₀εᵣs/d) 및 에너지 저장 용량 (w = ½cu²)과 같은 기본 커패시터 파라미터는 유전체 재료의 이러한 특성과 밀접한 관련이 있습니다.
유전체 재료의 편광 메커니즘과 정량적 관계를 깊이 이해함으로써, 현대 전자 장치의 고 에너지 밀도 커패시터에 대한 수요를 충족시키기 위해 고성능 커패시터 재료를 개발하기 위해 이론적 지침이 제공 될 수 있습니다.