介電性能?作為材料在電場(chǎng)作用下的響應(yīng)能力的度量?是評(píng)估材料電性質(zhì)不可或缺的關(guān)鍵指標(biāo)?通過(guò)低溫冷熱臺(tái)對(duì)其進(jìn)行全面細(xì)致的測(cè)試?我們可以精確掌握材料在電場(chǎng)作用下的各項(xiàng)性能參數(shù)，包括但不限于介電常數(shù)?介電損耗?絕緣強(qiáng)度以及介電擊穿電壓等?
介電常數(shù)?這一物理量直接反映了材料在電場(chǎng)中的極化程度。其數(shù)值的大小是衡量材料電場(chǎng)響應(yīng)能力的直接依據(jù)，常數(shù)值越大，意味著材料在電場(chǎng)作用下的極化現(xiàn)象越顯著?
介電損耗?則是指材料在電場(chǎng)作用下所產(chǎn)生的能量損耗，通常通過(guò)損耗因子進(jìn)行量化評(píng)估。這一指標(biāo)為我們揭示了材料在電場(chǎng)中能量耗散的具體情況?
絕緣強(qiáng)度?這一參數(shù)則是用于量化材料在電場(chǎng)作用下所能承受的最大電場(chǎng)強(qiáng)度?從而判斷材料的絕緣性能優(yōu)劣?
介電擊穿電壓?它代表了材料在電場(chǎng)作用下發(fā)生擊穿的電壓閾值?通過(guò)測(cè)試這一指標(biāo)?我們可以評(píng)估材料在電場(chǎng)作用下的耐電擊穿能力?
在介電性能測(cè)試中?低溫條件下的測(cè)試具有諸多顯著優(yōu)勢(shì)?
首先?它能夠清晰揭示溫度對(duì)介電性能的影響機(jī)制?通過(guò)在不同溫度下進(jìn)行測(cè)試?我們可以觀察到材料性能隨溫度變化的趨勢(shì)?這對(duì)于我們理解材料在特定或極端條件下的性能表現(xiàn)至關(guān)重要?
其次?低溫測(cè)試有助于提高測(cè)試的精確性和可靠性?減少高溫環(huán)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(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性?此外?低溫測(cè)試還能夠模擬實(shí)際使用環(huán)境中的溫度波動(dòng)?使測(cè)試結(jié)果更加貼近實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景?
最后，低溫測(cè)試有助于拓展測(cè)試范圍?覆蓋更廣泛的工作溫度和頻率范圍?為材料的應(yīng)用提供更全面的信息支持?
在應(yīng)用方面，低溫介電性能測(cè)試適用于多種材料，如陶瓷材料?薄膜材料?固體電解質(zhì)以及多功能復(fù)合材料等?例如，在陶瓷材料方面?低溫環(huán)境可能會(huì)引發(fā)其介電性能的顯著變化?因此進(jìn)行低溫測(cè)試對(duì)于了解其性能表現(xiàn)至關(guān)重要。對(duì)于薄膜材料，其在微電子和半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛?其介電性能對(duì)器件性能具有直接影響?低溫測(cè)試有助于揭示其在低溫下的介電行為?在固體電解質(zhì)方面，低溫測(cè)試有助于了解其在低溫下的離子傳導(dǎo)和介電性能?為提升固態(tài)電池和超級(jí)電容器等新型能源器件的性能提供指導(dǎo)?而對(duì)于多功能復(fù)合材料?低溫測(cè)試可以評(píng)估其在復(fù)雜環(huán)境中的性能表現(xiàn)?為其在實(shí)際應(yīng)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(lǐng)域的應(yīng)用廣泛?由于其工作環(huán)境往往涉及低溫條件，因此對(duì)其進(jìn)行低溫介電測(cè)試具有重要意義。通過(guò)測(cè)試，我們可以獲得PI薄膜在不同溫度下的介電常數(shù)?介質(zhì)損耗?介電強(qiáng)度等關(guān)鍵參數(shù)，從而評(píng)估其在低溫環(huán)境下的絕緣性能和穩(wěn)定性?同時(shí)?結(jié)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和成分分析?我們可以揭示影響介電性能的關(guān)鍵因素?為PI薄膜的性能優(yōu)化提供指導(dǎo)?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(huán)境下的應(yīng)用?如航空航天領(lǐng)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(nèi)的介電弛豫研究?在較低溫度（<250 K）下，測(cè)得的交流電導(dǎo)率隨頻率呈線性變化? 然而?在較高溫度下?它幾乎與頻率無(wú)關(guān)?因?yàn)樵搮^(qū)域中直流電導(dǎo)率占主導(dǎo)地位?在介電測(cè)量研究中?觀察到介電常數(shù)隨著溫度高達(dá) 300 K 快速增加?在測(cè)量的交流電導(dǎo)率接近直流電導(dǎo)率的溫度區(qū)域中觀察到寬的損耗峰值?復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部和虛部的高值行為已根據(jù)介電模量形式進(jìn)行了徹底研究?并將其歸因于絕緣 sp3 區(qū)域和導(dǎo)電 sp2 域之間的界面極化? 該材料在大介電常數(shù)應(yīng)用方面表現(xiàn)出巨大的潛力?
綜上所述?低溫介電性能測(cè)試對(duì)于全面評(píng)估材料的電性質(zhì)具有重要意義?通過(guò)測(cè)試?我們不僅可以深入了解材料在低溫環(huán)境下的介電性能，還可以為材料的優(yōu)化?應(yīng)用拓展以及理論模型構(gòu)建提供重要的指導(dǎo)意義?
為實(shí)現(xiàn)低溫/變溫介電性能的測(cè)試?通過(guò)冷熱臺(tái)（HCS-1L）和介電測(cè)試系統(tǒng)（如安捷倫4294A?Novocontrol Concept 80?巨浪TZDZ-RT-1000等）進(jìn)行匹配?實(shí)現(xiàn)介電性能測(cè)試設(shè)備與樣品的電信號(hào)傳導(dǎo)?從而實(shí)現(xiàn)78-600K范圍內(nèi)的介電性能測(cè)試?yán)錈崤_(tái)?武漢光谷薄膜技術(shù)有限公司可提供全套解決方案?
冷熱臺(tái)（HCS-1L）是能夠提供很好的溫度梯度和高穩(wěn)定性的溫度場(chǎng)?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(shè)計(jì)定制化樣品臺(tái)?匹配客戶檢測(cè)設(shè)備?可實(shí)現(xiàn)在低溫下或變溫下電學(xué)?磁學(xué)?電磁學(xué)?光學(xué)?光電學(xué)?熱力學(xué)?力學(xué)?聲學(xué)等性能測(cè)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.
