Nguyên tắc làm việc của vật liệu điện môi trong tụ điện

Tụ điện là các thành phần không thể thiếu trong các thiết bị điện tử hiện đại và vật liệu điện môi, là phần cốt lõi của tụ điện, trực tiếp xác định hiệu suất của chúng thông qua các nguyên tắc làm việc của chúng. Dựa trên các đặc điểm phân phối của các khoản phí trong vật liệu điện môi, điện môi có thể được phân loại thành ba loại: điện môi không phân cực, điện môi cực và điện môi ion.
Trong điện môi không phân cực, các trung tâm của các điện tích tích cực và tiêu cực trong các phân tử trùng khớp. Trong điện môi cực, các trung tâm của các điện tích tích cực và tiêu cực trong các phân tử không trùng khớp. Mặt khác, điện môi ion bao gồm các ion dương và âm, trong đó các phân tử riêng lẻ không còn tồn tại và trung bình bao gồm các ion. Bất kể loại vật liệu điện môi, trong trường hợp không có điện trường bên ngoài, do chuyển động nhiệt không đều của các phân tử, xác suất phân bố phân tử là bằng nhau theo mọi hướng, dẫn đến mô men lưỡng cực vĩ mô của không và trạng thái trung tính điện tổng thể.
Tuy nhiên, khi một điện trường bên ngoài được áp dụng, hành vi hiển vi của vật liệu điện môi trải qua những thay đổi đáng kể. Dưới ảnh hưởng của điện trường bên ngoài, mỗi phân tử trải nghiệm một mô -men xoắn từ điện trường, có xu hướng phù hợp với hướng của trường bên ngoài. Tuy nhiên, do chuyển động nhiệt của các phân tử và tương tác giữa chúng, các phân tử không thể đạt được sự liên kết hoàn hảo dọc theo điện trường bên ngoài. Thứ tự một phần này dẫn đến sự phân cực trong vật liệu điện môi, biểu hiện vĩ mô như các điện tích liên kết trên bề mặt của điện môi, do đó ảnh hưởng đến các đặc tính lưu trữ năng lượng của tụ điện.
Điện môi không phân cực chủ yếu đáp ứng với một điện trường bên ngoài thông qua sự phân cực dịch chuyển điện tử, điện môi cực thể hiện tính chất của chúng thông qua phân cực định hướng và điện môi ion chứng minh sự phân cực dịch chuyển ion. Các cơ chế phân cực này xác định chung hằng số điện môi của vật liệu, từ đó ảnh hưởng đến giá trị điện dung của tụ điện.
Hiểu nguyên tắc làm việc của vật liệu điện môi có ý nghĩa lớn đối với thiết kế tụ điện và tối ưu hóa hiệu suất. Bằng cách chọn vật liệu điện môi phù hợp, mật độ lưu trữ năng lượng, đặc tính mất mát và độ ổn định nhiệt độ của tụ điện có thể được điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu của các kịch bản ứng dụng khác nhau.