在许多技术文献和科普文章中，常常看到类似“介电常数越高，材料绝缘性能越好”的说法。然而，介电常数与材料的绝缘性能之间并没有直接的必然关系，下面一起来探讨一下相关的话题。

一、电介质--够被电极化的绝缘性材料

介电质（英语：dielectric，又称电介质）是一类能够被电极化的绝缘性材料。电介质的中文“介”字表明的是隔离电流之意，早年主要是指电路中用于分隔电流作用的绝缘材料，但是随后的研究表明，电介质除了绝缘性能以外，也可以在电场的作用下产生极化，并能够贮存电荷。

电介质的极化示意图：①无极分子-电子位移极化；②有极分子-主要是取向极化

在外电场的作用下，电介质和外电场垂直的两个端面会出现等量异号的极化电荷。极化电荷在介质内将形成一个与外电场方向相反的电场，使外电场受到削弱。介质的极化能力越强，其形成的反向电场越大，对原电场对削弱程度就越大。极化电荷与导体中的自由电荷不同,它们不能离开电介质而转移到其他带电体上，也不能在电介质内部自由运动，故也称为束缚电荷。束缚电荷在外电场中只能作有限位移，因此电介质也是绝缘体。

极化：介质内部产生电场的过程

国标定义绝缘材料是用于防止导电元件之间导电的材料，即能起“绝缘”作用的材料，电工、电子设备用绝缘材料隔离不同电位的导体限制电流流向，这时就是利用其电绝缘性^【1】。绝缘材料的电气性能主要表现在电场作用下材料的导电性能、介电性能及绝缘强度，主要包括以下四个方面：相对介电常数、介电损耗、电导率（或电阻率）及介电强度。

1、相对介电常数（εᵣ）。也叫做介电常数比，是一个无量纲的物理量，其值始终大于1，表示某种材料的绝对介电常数ε与真空（或空气）的介电常数（ε₀）之比。它用来描述材料在电场中的极化能力。介电常数越大，电介质的极化能力越强，能够产生更多的束缚电荷，从而更有效地削弱外加电场，并在单位电场下储存更多的电能。它与介质分子的极性强弱有关，还受到温度、外加电场频率等因素的影响。高的介电常数, 意味着具有更好的储存电能和均匀电场的性能^[【2】。

2、介电损耗。在电场作用下没有能量损耗的理想介质是不存在的,实际电介质中总有一定的能量损耗，包括由电导引起的损耗和某些有损极化引起的损耗,总称为介电损耗。电介质在有外部电场的作用下会发生极化，即会产生一个内部电场。在交变电场中，当外部电场方向不断变化时，内部电场也必然会随之变化。内部电场的激发实质上是带电微粒的定向运动或定向偏转，偏转过程中，需要消耗能量，转换成热，这种现象叫做极化损耗。介质在直流电压作用下，仅有电导损耗和电离损耗，在交流电压作用下，介质除电导损耗外，还产生周期性极化引起的极化损耗。介质损耗掉的能量（电能）变成了热能，使电介质温度升高。当外部电场方向变化速率加快时，这种损耗会增大^【3】。

如果电介质损耗很大，会使电介质温度升高，促使材料发生老化（发脆、分解等）；如果介质温度不断上升，甚至会把电介质熔化、烧焦，丧失绝缘能力，导致热击穿。因此，电介质损耗是衡量绝缘介质电性能的一项重要指标^【4】。

3、电导率。任何电介质都不可能是理想的绝缘体，它们内部总是或多或少地具有一些带电粒子(载流子)，例如可以迁移的正、负离子以及电子、空穴和带电的分子团。在外电场的作用下，某些联系较弱的载流子会产生定向漂移而形成传导电流（电导电流或泄漏电流）。换言之，任何电介质都不同程度地具有一定的导电性能，只不过其电导率很小而已，而表征电介质导电性能的主要物理量即为电导率γ或其倒数--电阻率ρ^【5】。电阻率越大，材料绝缘性能越好。

电介质材料的电导率分为体积电导率与表面电导率。流过材料内部的电流由体积电导率决定，流经表面的电流由表面电导率决定。体积电导率主要取决于电介质材料的结构、组成和杂质含量。此外，工作环境，如气压、温度、辐射等，对体积电导率也有一定的影响。表面电导率受到外界环境的影响较大，诸如表面的水汽、灰尘等都会使得表面电导率发生较大变化，甚至跨越多个数量级。

4、介电强度（击穿场强）。在一般情况下电介质就是绝缘体。当外加电场不太强时，使电介质发生电极化现象，但不破坏其绝缘性能。如果外电场很强，电介质分子中的正、负电荷有可能完全分离，使部分电子变成能自由移动的电荷，从而使电介质的绝缘性能遭到明显破坏而变成导体，这种现象叫做电介质的击穿。一种电介质材料所能承受的不被击穿的最大电场强度，叫做这种电介质的介电强度，也称为击穿场强^【5】。因此，介电强度是最基本的绝缘特性参数，物质的介电强度越大，材料绝缘性能越好。

对于无机材料而言，介电强度受材料的微观结构、杂质与缺陷、介质厚度、温度、频率、材料吸湿性和电场分布等多种因素的综合影响。对于高性能绝缘材料，通常需要通过优化材料纯度、减少缺陷和调整微观结构来提升其介电强度。电介质的介电击穿过程及击穿电压的大小不但取决于电介质的性能，而且还与电场分布、周同温度、散热条件、周围介质的性质、加压速度和电压作的持续性等有关。

绝缘电阻更多的是衡量材料在低电压下的绝缘性能。有时候，一个材料可能具有很高的绝缘电阻，但在高电压下却无法承受，这就说明它的介电强度并不高。因此，在设计电子器件或选择绝缘材料时，我们不能只看绝缘电阻，还要考虑介电强度。在高压应用领域，介电强度的重要性更是不言而喻。

二、介电常数对绝缘材料的应用影响

绝缘能力的核心在于材料的介电强度和电阻，而介电常数本身主要影响的是电场的传播、能量储存，而不是直接限制电流的流动。介电常数大小与材料的绝缘性并没有什么直接关系。那在实际应用中，介电常数对绝缘材料的应用有什么影响呢？

1、电容器应用

在电容器中，电介质的作用是储存电能。在这种情况下，介电常数越大，电容器的电容量越大。这是因为高介电常数的材料能够储存更多的电荷。因此，电容器中的电介质一般要求具有较高的介电常数。

电容器

电介质材料的储能密度正比于其介电常数和击穿场强。理想上，高介电常数与高击穿场强我们都想要，然而事实上事与愿违，高介电常数与高击穿场往往互为矛盾关系。介电常数高往往意味着介电损耗增大且击穿电压降低，与巨介电常数如影相随的高介电损耗对材料的绝缘性能明显是起了反向作用。

2、高频电路基材

高频电路需要高的信号传输速度，而信号传输速度。与材料的介电常数是有着密切关系的，介电常数越高，信号的延迟时间就越长。因此要实现快速的信号传输，必须选择介电常数低的基材。

此外，高频下介电常数的波动会导致阻抗不稳定、相位失真和信号损耗。为了减少介电常数波动的影响，高频电路需要选用介电常数随频率、温度和湿度变化小的材料。例如聚四氟乙烯、氧化铝、氮化铝，这些材料在高频下的低介电常数、低介电损耗和高稳定性，能够有效提升电路的性能和可靠性。

参考资料：

[1]王建华编. 电气工程师手册 第4版[M]. 北京：机械工业出版社, 2024.02.

[2]苏崎,虞益军.高介电常数硅橡胶复合材料的制备研究[J].世界橡胶工业,2009

[3]陈继良编著. 从零开始学散热[M]. 北京：机械工业出版社, 2020.10.

[4]陆国俊，王勇主编. 高压设备电气试验技能培训教程[M]. 广州：华南理工大学出版社, 2012.10.

[5]徐送宁，石爱民，王雅红主编；孙丽媛，赵星，马学军等副主编. 大学物理[M]. 北京：北京理工大学出版社, 2014.01.

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