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学术知识

冷热台在低温介电性能测试中的应用

介电性能,作为材料在电场作用下的响应能力的度量,是评估材料电性质不可或缺的关键指标。通过低温冷热台对其进行全面细致的测试,我们可以精确掌握材料在电场作用下的各项性能参数,包括但不限于介电常数、介电损耗、绝缘强度以及介电击穿电压等。

介电常数,这一物理量直接反映了材料在电场中的极化程度。其数值的大小是衡量材料电场响应能力的直接依据,常数值越大,意味着材料在电场作用下的极化现象越显著。

介电损耗,则是指材料在电场作用下所产生的能量损耗,通常通过损耗因子进行量化评估。这一指标为我们揭示了材料在电场中能量耗散的具体情况。

绝缘强度,这一参数则是用于量化材料在电场作用下所能承受的最大电场强度,从而判断材料的绝缘性能优劣。

介电击穿电压,它代表了材料在电场作用下发生击穿的电压阈值,通过测试这一指标,我们可以评估材料在电场作用下的耐电击穿能力。

在介电性能测试中,低温条件下的测试具有诸多显著优势。

首先,它能够清晰揭示温度对介电性能的影响机制,通过在不同温度下进行测试,我们可以观察到材料性能随温度变化的趋势,这对于我们理解材料在特定或极端条件下的性能表现至关重要。

其次,低温测试有助于提高测试的精确性和可靠性,减少高温环境下可能受到的热噪声和其他干扰因素的影响,从而提高测试数据的准确性。此外,低温测试还能够模拟实际使用环境中的温度波动,使测试结果更加贴近实际应用场景。

最后,低温测试有助于拓展测试范围,覆盖更广泛的工作温度和频率范围,为材料的应用提供更全面的信息支持。

在应用方面,低温介电性能测试适用于多种材料,如陶瓷材料、薄膜材料、固体电解质以及多功能复合材料等。例如,在陶瓷材料方面,低温环境可能会引发其介电性能的显著变化,因此进行低温测试对于了解其性能表现至关重要。对于薄膜材料,其在微电子和半导体领域的应用广泛,其介电性能对器件性能具有直接影响,低温测试有助于揭示其在低温下的介电行为。在固体电解质方面,低温测试有助于了解其在低温下的离子传导和介电性能,为提升固态电池和超级电容器等新型能源器件的性能提供指导。而对于多功能复合材料,低温测试可以评估其在复杂环境中的性能表现,为其在实际应用中的推广提供支持。

以聚酰亚胺(PI)薄膜[1]为例,作为一种高性能的绝缘材料,其在微电子、航空航天等领域的应用广泛。由于其工作环境往往涉及低温条件,因此对其进行低温介电测试具有重要意义。通过测试,我们可以获得PI薄膜在不同温度下的介电常数、介质损耗、介电强度等关键参数,从而评估其在低温环境下的绝缘性能和稳定性。同时,结合材料的微观结构和成分分析,我们可以揭示影响介电性能的关键因素,为PI薄膜的性能优化提供指导。此外,了解PI薄膜在低温下的介电性能还有助于拓展其在极端环境下的应用,如航空航天领域中的耐低温电子元器件和电缆等。

又如氧化石墨烯(GO)[2]为例,氧化石墨烯在 100 Hz - 1 MHz 频率范围和 77 - 475 K 温度范围内的介电弛豫研究。在较低温度(<250 K)下,测得的交流电导率随频率呈线性变化。 然而,在较高温度下,它几乎与频率无关,因为该区域中直流电导率占主导地位。在介电测量研究中,观察到介电常数随着温度高达 300 K 快速增加。在测量的交流电导率接近直流电导率的温度区域中观察到宽的损耗峰值。复介电常数的实部和虚部的高值行为已根据介电模量形式进行了彻底研究,并将其归因于绝缘 sp3 区域和导电 sp2 域之间的界面极化。 该材料在大介电常数应用方面表现出巨大的潜力。

综上所述,低温介电性能测试对于全面评估材料的电性质具有重要意义。通过测试,我们不仅可以深入了解材料在低温环境下的介电性能,还可以为材料的优化、应用拓展以及理论模型构建提供重要的指导意义。


为实现低温/变温介电性能的测试,通过冷热台(HCS-1L)和介电测试系统(如安捷伦4294A、Novocontrol Concept 80、巨浪TZDZ-RT-1000等)进行匹配,实现介电性能测试设备与样品的电信号传导,从而实现78-600K范围内的介电性能测试冷热台武汉光谷薄膜技术有限公司可提供全套解决方案

冷热台(HCS-1L)是能够提供很好的温度梯度和高稳定性的温度场,具有78--600K的宽温度范围、0.1K的高精度控温等特性,并可以为客户设计定制化样品台,匹配客户检测设备,可实现在低温下或变温下电学、磁学、电磁学、光学、光电学、热力学、力学、声学等性能测试。


图片1

图1 氧化石墨烯的低温介电性能



[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.

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