Prinsip Kerja Bahan dielektrik kapasitor dan metode untuk meningkatkan kepadatan penyimpanan energi

Kapasitor , sebagai komponen penting dalam sirkuit elektronik, memiliki kinerja yang sebagian besar ditentukan oleh karakteristik bahan dielektriknya. Fenomena polarisasi bahan dielektrik di bawah medan listrik eksternal membentuk dasar fisik untuk penyimpanan energi dalam kapasitor.

Mekanisme polarisasi dielektrik
Bahan dielektrik dapat diklasifikasikan menjadi jenis non-polar dan kutub. Dielektrik non-polar terutama menghasilkan momen dipol yang diinduksi Di bawah medan listrik eksternal, dimanifestasikan sebagai perpindahan awan awan elektron. Dielektrik kutub, selain perpindahan awan elektron, memiliki momen dipol permanen yang selaras dengan arah medan listrik eksternal. Terlepas dari jenisnya, semua dielektrik mengembangkan momen dipol yang diinduksi di sepanjang medan listrik dan menunjukkan muatan terikat pada permukaannya ketika mengalami medan listrik eksternal. Biaya terikat ini tidak dapat bergerak secara bebas dan memiliki polaritas yang berlawanan dengan elektroda yang berdekatan.

Deskripsi kuantitatif intensitas polarisasi
Intensitas polarisasi (P) adalah parameter kunci yang menggambarkan tingkat polarisasi dielektrik, didefinisikan sebagai jumlah vektor momen dipol listrik per unit volume. Momen dipol listrik (μ) ditentukan oleh jumlah muatan (q) dan jarak antara muatan positif dan negatif (L). Dalam dielektrik linier isotropik, intensitas polarisasi berbDaning lurus dengan medan listrik yang diterapkan (E), dinyatakan sebagai p = ε₀ (εᵣ-1) E, di mana ε₀ adalah permitivitas vakum (8,85 × 10⁻¹² f/m) dan εᵣ adalah permitivitas relatif dari material. Hubungan ini mengungkapkan hubungan langsung antara kemampuan polarisasi material dan konstanta dielektriknya.

Metode kepadatan penyimpanan dan peningkatan energi
Kepadatan penyimpanan energi (w/ΔV) dari kapasitor dapat diekspresikan dengan rumus ½ε₀εᵣe², di mana E adalah kekuatan medan kerja. Untuk meningkatkan kepadatan penyimpanan energi, ada dua pendekatan utama: meningkatkan kekuatan lapangan kerja and meningkatkan konstanta dielektrik . Peningkatan kekuatan medan kerja tergantung pada karakteristik medan kerusakan dari bahan dielektrik, sambil meningkatkan konstanta dielektrik dapat dicapai dengan mengoptimalkan komposisi material dan struktur mikro. Parameter kapasitor mendasar seperti kapasitansi (C = ε₀εᵣS/D) dan kapasitas penyimpanan energi (W = ½cu²) juga terkait erat dengan sifat -sifat bahan dielektrik ini.
Dengan sangat memahami mekanisme polarisasi dan hubungan kuantitatif bahan dielektrik, panduan teoritis dapat disediakan untuk mengembangkan bahan kapasitor berkinerja tinggi untuk memenuhi permintaan kapasitor kepadatan berenergi tinggi di perangkat elektronik modern.