
【電】 ***lectric breakdown
【化】 ***lectric
【醫】 ***lectric
collapse; crash; blow up; break down; crumple; fall apart
【計】 crash
電介質崩潰(Dielectric Breakdown)是電氣工程與材料科學中的關鍵概念,指電介質材料在強電場作用下喪失絕緣性能并轉變為導電狀态的現象。其核心機制是材料内部的自由電子在電場加速下獲得足夠動能,通過碰撞電離産生更多載流子,形成導電通道。
從物理特性分析,電介質崩潰的發生條件由介電強度(Dielectric Strength)決定,該參數定義為材料發生擊穿時的臨界電場強度,常用單位為kV/mm。例如,空氣的介電強度約為3 kV/mm,而氧化鋁陶瓷可達15-40 kV/mm。這一過程遵循湯森放電理論(Townsend discharge)和流注理論(Streamer theory)的數學模型:
$$ frac{dn}{dx} = alpha n $$
其中$alpha$為電離系數,$n$為電子密度,$x$為電場方向位移。
工程應用中,電介質崩潰直接影響高壓設備(如變壓器、電容器)的可靠性。美國電氣電子工程師協會(IEEE)标準C57.91-2011指出,絕緣油的熱老化會顯著降低其介電強度,導緻變壓器故障率上升。在半導體領域,栅氧化層擊穿(GOBD)是集成電路失效的主要模式之一,相關研究發表于《微電子可靠性》期刊(Microelectronics Reliability)。
預防措施包括材料改性(如納米摻雜提升介電強度)、結構優化(均勻電場分布)以及實時監測技術(局部放電檢測)。劍橋大學工程系的研究團隊通過原子層沉積技術開發出介電強度達12 MV/cm的氮化硼薄膜,成果發表于《自然·材料》期刊(Nature Materials)。
“電介質崩潰”是電介質材料在強電場作用下失去絕緣性能的現象,其專業術語為介質擊穿(dielectric breakdown)。以下是詳細解釋:
定義與原理
當外加電場強度超過電介質的臨界值時,材料内部絕緣性被破壞,導緻電流急劇增加甚至導電。這種現象稱為電介質崩潰。電介質本身通常是不導電的(如空氣、陶瓷等),但在極端條件下會因電離或結構破壞而失效。
主要原因
結果與影響
擊穿後可能産生電弧、熱量或永久性損壞,常見于電容器、高壓電纜等設備中。例如,雷擊時空氣的電介質崩潰會形成閃電通道。
相關術語
該現象也被稱為介質擊穿、絕緣擊穿或介電擊穿。
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