介电谱

介电谱是阻抗谱的一种形式，其中介质或样本的介电特性（介电常数和损耗因数）表征为关于频率的函数。电介质在直流状态下是一种电导率很低的电绝缘体；然而，由于其具备极化性，电介质可以储存低频或中频范围内的电荷。这种电容效应使得电介质可用于电荷的储存和耗散。电介质的应用领域包括：

• 低损耗电气元件
• 能量储存器件，如电池和超级电容器
• 半导体器件中的高介电常数门和低介电常数门
• 压电式和铁电式传感器和换能器

为了充分了解材料物理特性以及优化器件性能，需要开展电介质的阻抗研究。

测量方案

电介质表征时，需要将特定几何结构的样品与两个电极相接触。通常而言，这通过平行平板夹具（见图 1）或具有特定电极面积和间距的浸入式探头实现。对于这样的电极结构，可以建立 R||C 或 D||C 等效电路模型，并由此提取相对介电常数（介电常数）。如图 1 所示的夹具通常与品质因数计或基于自动平衡电桥的仪器组合使用。然而，这些仪器无法在低频率和高阻抗的情况下测量。

采用相敏锁相检测的 I-V 测量是一种可克服电介质表征限制因素的代表性方法。MFIA 阻抗分析仪可以准确测量高达 1 TOhm 的阻抗，同时保持 2 mdeg 的出色相位精度。采用 LabOne® 仪器控制软件及其扫描仪模块（见图 2），可直接进行介电谱分析。如要研究介电特性随时间的演变，可利用 LabOne 绘图仪（见图 3）或数据采集 (DAQ) 模块进行时域测量。这些工具还支持变温实验，在这种情况下，MFIA 可以与低温恒温器或加热炉集成。对于低频实验，所有的 LabOne 模块均可设置从 5 MHz 到低至 1 mHz 的测试信号，包括扫描仪（见图 4）。

图 4：LabOne 扫描仪模块在双迹模式中显示气隙电容器的阻抗模值（上窗口）及相位和电容（下窗口）。动画以 1000 倍速播放。

• 支持在低至 1 mHz 的宽频率范围内、高达 1 TOhm 的宽阻抗值范围内测量电介质。
• 借助单周期均功能，节省低频测量的时间。
• 快速确定实时等效电路参数，而无需颇为耗时的扫描。

• 得益于 MFIA 的出色相位精度和较低的损耗因数基线，所得出的结果具有高可信度。
• 借助 LabOne API，可直接集成入现有的电介质测试系统。