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介电谱在材料测试中的应用

介电谱，因为其讨论的是体系在外时间变化电场刺激下的滞后响应，故也称为介电弛豫谱，本质上是物质与电磁波相互作用，主要是电磁场与原子的外层电子，以及晶体中的原子或离子相互作用产生的位移极化响应。

介电谱在实验上源于19世纪后期对分子液体和固体以及弱导电性材料的测量，在理论上应该开始于20世纪20年代Debye关于介电体中储存电荷的衰减的研究工作，该工作可视为研究介电弛豫现象的经典，因其著名的“极性分子理论”的提出宣告了介电谱理论研究时代的开始。

（1）介电频率谱

介电频率谱与常规的谱学方法，如NMR或振动光谱相比，覆盖的测量频率范围宽。同时，介电谱对分子间相互作用特别敏感，解析介电谱中个别的弛豫过程能够告诉我们分子运动的特征时间，检测协同过程，因此介电谱方法提供了一种检测个别组成的分子光谱与表征样品的本体性质的连接7，尤其，介电谱与粘弹性和流变性技术之间存在密切的关系。在最新出版的一本名为“宽频介电谱”的书中这样的描写：“在1 0 ^ { - 6 } \sim 1 0 ^ { 1 2 } H z频率范围电磁波与物质的相互作用是宽频介电谱的主要领域，在这个格外宽的动力学范围内，出现因分子或分子集合体的偶极波动、电荷转移以及在体系内部相界面上电荷积累而引起的极化效果，可由此确定所研究物质体系的介电性质”。因此，宽频介电谱使我们能根据分子体系的详情，获得与分子的构造、束缚的和移动的电荷相关的大量信息。此外，根据各具体研究体系的测量结果对介电采取模型化解析，还可获得关于界面构造、内部构成相电性质以及与环境的依存性等诸多信息。

因此,虽然介电频率谱和振动光谱等均是一种利用电磁波对物质体系进行内部“透视”的方法,但是介电频率谱因测量频率之宽、研究对象之广,在众多近代用于材料的物理和化学的分析方法中占有特殊的位置,甚至是不可取代。特别是最近几十年宽频介电谱的成功发展已经从根本上改变了对介电谱的态度,使得它成为了在宏观、介观以及微观水平上,研究固体和液体物质以及非均匀体系和复杂体系的有效工具。

(2)介电温度谱

温度场对材料的性能、结构、使用和保存具有非常重要的影响,也是研究材料首先考虑的“场因素”之一。在不同温度环境下,即使同一种材料表现出的电学性能、微结构和作用机制也会有一定得差别,甚至有的材料当温度在临界点左右变化时,材料的相结构会发生突变,导致临界点温度前后材料的性能表现出巨大差异。同样,对于每一种材料都有它的使用温度环境,材料在不同频率、温度下的性能表现决定着它的使用环境和范围。因此研究材料的性能、结构在温度场中的变化规律就显得尤其重要。

对于电介质陶瓷材料而言,研究其不同温度环境中固定频率下的介电温度特,是了解材料极化、损耗微观机制,材料的介电弛豫机制,材料组成、结构、性能之间相互作用机制的最重要的方法之一。因此如何获得更宽温度范围内材料(高温至800℃以上,低温至-70℃以下)的介电温谱,已成为相关领域研究者们非常重视的测试手段。