Constante diélectrique et matériau supérieur

Introduction

Nous allons aborder les bases des propriétés diélectriques et des matériaux de surface. Nous verrons comment ces matériaux stockent et traitent l'énergie électrique.

Qu'est-ce que la constante diélectrique et comment fonctionne-t-elle ?

La constante diélectrique est un chiffre qui indique la capacité d'un matériau à stocker l'énergie électrique. Il s'agit d'une mesure de la permittivité d'un matériau par rapport au vide. Plus la constante est élevée, plus le matériau stocke de l'énergie. Plus la constante est petite, moins il stocke d'énergie. Cette propriété est importante dans la conception des condensateurs et des matériaux isolants. Elle permet de choisir le bon matériau pour une utilisation électrique spécifique.

Facteurs affectant la constante diélectrique

Certains facteurs affectent la constante diélectrique. La température est l'un d'entre eux. Les variations de température peuvent modifier la structure moléculaire. La fréquence est également un facteur. Les impuretés présentes dans le matériau peuvent modifier la constante mesurée. La structure physique et le processus de production sont également des facteurs. Tous ces éléments doivent être pris en compte lors de la sélection d'un matériau pour des applications électriques.

Constante diélectrique et types de matériaux

Les matériaux sont divisés en plusieurs types en fonction de leurs propriétés diélectriques. Les constantes diélectriques varient d'une valeur élevée à une valeur faible. Il s'agit de composites ou de polymères dans certains cas, ou de céramiques dans d'autres. Les métaux ont d'autres propriétés et ne sont généralement pas utilisés pour cette fonction. En comparant plusieurs types de matériaux, les ingénieurs ont la possibilité de choisir le meilleur matériau pour le stockage de l'énergie et l'isolation.

Matériaux à haute constante diélectrique

Les matériaux à constante diélectrique élevée peuvent être bien supérieurs à 100 dans certaines applications. Le titanate de baryum et le titanate de zirconate de plomb, utilisés dans les capteurs et les condensateurs, en sont des exemples. Ils sont excellents pour le stockage de l'énergie. Leur capacité à stocker la charge les rend utiles dans de nombreux dispositifs à haute performance. Ces matériaux trouvent leurs applications dans l'électronique de pointe où l'espace est un facteur et où il est nécessaire de stocker efficacement l'énergie.

Matériaux à faible constante diélectrique

Les matériaux à faible constante diélectrique ont des valeurs comprises entre 2 et 3. Les plastiques et les polymères entrent principalement dans cette catégorie. Ils sont utilisés pour l'isolation des câbles et les cartes de circuits imprimés. Ces matériaux permettent de limiter les pertes d'énergie indésirables et de réduire les interférences. Ils stockent peu d'énergie et sont stables, ce qui les rend idéaux pour la majorité des isolants électriques. Ils sont largement utilisés dans l'électronique grand public et dans le câblage des habitations.

Vide

Le vide est une zone qui ne contient aucune matière. Sa constante diélectrique est toujours de 1. Il sert de référence pour toutes les autres substances. Les mesures en laboratoire commencent toujours par la comparaison d'une substance avec le vide. Le vide donne une référence cohérente qui n'est pas affectée par la température ou la pureté. Il s'agit d'un concept de base pour comprendre les constantes diélectriques.

Applications des matériaux diélectriques

Les matériaux diélectriques trouvent des applications dans un vaste domaine de la technologie quotidienne. Les condensateurs des téléphones portables, des ordinateurs et des téléviseurs dépendent tous d'une constante diélectrique appropriée pour fonctionner au mieux. Les câbles à haute tension dépendent également d'isolateurs constitués de ces matériaux. Les ingénieurs et les concepteurs les utilisent pour rendre les systèmes électriques plus efficaces et réduire les pertes d'énergie. Une constante diélectrique appropriée peut revêtir une grande importance pour les capteurs et les actionneurs. La sélection correcte du matériau garantit la sécurité, la stabilité et la fiabilité des circuits électriques.

Conclusion

La constante diélectrique est un facteur essentiel dans le fonctionnement des matériaux électriques. Elle détermine la capacité d'un matériau à stocker et à distribuer l'énergie électrique. Les matériaux optimaux présentent une gamme de propriétés diélectriques. Les matériaux à constante diélectrique élevée sont préférés lorsqu'il est nécessaire de stocker une grande quantité d'énergie. Les matériaux à faible constante diélectrique sont choisis pour l'isolation et une perte d'énergie minimale. Même le vide est utilisé comme référence universelle. Pour plus d'informations, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).

Questions fréquemment posées

F : Qu'est-ce qu'une constante diélectrique ?

Q : C'est un facteur qui détermine la quantité d'énergie électrique stockée dans un matériau par rapport au vide.

F : Pourquoi les matériaux à haute constante diélectrique sont-ils importants ?

Q : Ils sont utilisés dans les condensateurs et les capteurs pour le stockage d'une énergie élevée et de bonnes performances.

F : Comment la température peut-elle modifier la constante diélectrique ?

Q : La structure moléculaire change sous l'effet de la température, ce qui peut augmenter ou diminuer la constante diélectrique.

Référence :

[1] Azadmanjiri, Jalal & Berndt, Christopher & Wang, James & Kapoor, Ajay & Srivastava, V. & Wen, Cuie. (2014). Une revue sur les matériaux nanolaminés hybrides synthétisés par des techniques de dépôt pour les applications de stockage d'énergie. Journal of Materials Chemistry A. 2. 10.1039/C3TA14034B.