絕緣體

絕緣體( insulator )，又稱電介質，是一種阻礙電荷流動的材料。在絕緣體中，價帶電子被緊密的束縛在其原子周圍。這種材料在電氣設備中用作絕緣體，或稱起絕緣作用。其作用是支撐或分離各個電導體，不讓電流流過。

絕緣體
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中文名稱：絕緣體

外文名稱：Insulator

又稱：電介質

釋義：不善於傳導電流的物質或不容易導電的物體

目錄

簡介

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不善於傳導電流的物質稱為絕緣體（Insulator），絕緣體又稱為電介質引。它們的電阻率極高。絕緣體的定義：不容易導電的物體叫做絕緣體。 絕緣體和導體，沒有絕對的界限。絕緣體在某些條件下可以轉化為導體。這裡要注意：導電的原因：無論固體還是液體，內部如果有能夠自由移動的電子或者離子，那麼他就可以導電。沒有自由移動的電荷，在某些條件下，可以產生導電粒子，那麼它也可以成為導體。

結構特點

絕緣體是指在通常情況下不傳導電流的物質。又稱電介質。絕緣體的特點是分子中正負電荷束縛得很緊，可以自由移動的帶電粒子極少，其電阻率很大，約為10~10歐姆 •米，所以一般情況下可以忽略在外電場作用下自由電荷移動所形成的宏觀電流，而認為是不導電的物質。

絕緣體可分為氣態(如氫、氧、氮及一切在非電離狀態下的氣體)、液態(如純水、油、漆及有機酸等)和固態(如玻璃、陶瓷、橡膠、紙、石英等)三類。

固態的絕緣體又分為晶體和非晶體兩種。實際的絕緣體並不是完全不導電的，在強電場作用下，絕緣體內部的正負電荷將會掙脫束縛，而成為自由電荷，絕緣性能遭到破壞，這種現象稱為電介質的擊穿。電介質材料所能承受的最大電場強度稱為擊穿場強。

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在絕緣體中，存在着束縛電荷，在外電場作用下，這種電荷將作微觀位移，從而產生極化電荷，就是所謂電介質的極化。電介質按其物理性能可分為各向同性電介質和各向異性電介質兩種。就極化機制可分為無極分子和有極分子兩種。絕緣體在工程上大量用作電氣絕緣材料、電容器的介質和特殊的電介質器件如壓電晶體等。[1]

絕緣體的傳導性決定於物質中電子的行為.晶體中的電子行為取決於能帶結構.導帶全空，價帶全滿的物質即為絕緣體，導帶底和價帶頂的能量差(帶隙)很大時，在通常的電場下不導電.對於能隙較小的物質，在溫度較低時雖為絕緣體，但溫度升高時，價帶電子被激發到導帶，也會導電.另外，帶隙中的雜質能級上的電子或空穴激發到導帶或價帶時，也會導電。這兩種情況的物質通常稱為半導體.當用能量大於帶隙的光照射絕緣體時，價帶電子被激發到導帶，在價帶留下空穴，這二者都可導電，這種現象稱為光電導。大多數絕緣體都有極化性質，因此絕緣體有時也稱為電介質.絕緣體在一般電壓下是絕緣的，當電壓增加到一定限度時，將發生介電擊穿，絕緣狀態破壞.[2]

絕緣材料分類

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所謂絕緣材料,也就是電阻率較高的資料,可以阻止電流經過,確保人身安全的一種材料。絕緣資料的品種許多,一般區分為氣體、液體和固體三類。

1、氣體絕緣材料:包含空氣、氮氣、六氟化硫。

2、液體絕緣材料:包含礦藏絕緣油、合成絕緣油。

3、固體絕緣材料:分為有機固體絕緣資料和無機固體絕緣資料,有機固體絕緣資料包含膠、絕紙、纖維製品、塑料、橡膠、複合製品和粘帶等;無機固體絕緣資料包含玻璃、陶瓷及其製品等。

性能分析

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絕緣體是一種可以阻止熱(熱絕緣體)或電荷(電絕緣體)流動的物質。電絕緣體的相對物質就是導體和半導體，他們可以讓電荷通暢的流動(注:嚴格意義上說，半導體也是一種絕緣體，因為在低溫下他會阻止電荷的流動，除非在半導體中摻雜了其他原子，這些原子可以釋放出多餘的電荷來承載電流)。術語電絕緣體與電介質有相同的意思，但是兩種術語分別用在不同的領域中。

一個完全意義上的熱絕緣體，根據熱力學第二定律是不可能存在的。然而，有一些材料(如二氧化硅)就非常接近真正的電絕緣體，從而產生了閃存技術。一個更大類別的材料，如，橡膠和很多的塑料，對於家庭和辦公室配線來說都是"完美"的，沒有安全性方面的隱患， 並且效率也很高。在沒有發明出更好的合成(物理或化學反應)物質前，在大自然的固有物質中，雲母和石棉都可以作為很好的熱和電絕緣體。

導電性

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絕緣體是不存在電導的物質。電子能帶理論指出，固體中的電子僅允許存在於一定的能量狀態，這些能量狀態形成彼此分離的能帶。電子趨向於先占據能量最低的能帶，在絕對零度能夠被填滿的能量最高的能帶叫做價帶，價帶之上的能帶叫做導帶，價帶和導帶之間的空隙叫做能隙。在絕對零度以上，價帶電子部分被激發而躍遷至導帶，成為導帶電子，並在價帶留下空穴。

根據能帶理論，被電子填滿的能帶或空的能帶對電導沒有貢獻，電導僅來源於半滿的能帶，導帶電子和價帶空穴合稱載流子。金屬的導帶被部分填充，因而有好的電導。對於半導體和絕緣體，在絕度零度下價帶被填滿，而導帶沒有電子。

在常溫下，半導體由於能隙較小，可以通過熱激發而形成電子空穴對，因而具有一定的電導。相反，絕大多數絕緣體通常具有非常大的帶隙寬度，價帶電子很難被激發至導帶，因此絕緣體的載流子濃度極低，相應地電導也極低，或者說這種材料絕緣。

對於絕緣體，總存在一個擊穿電壓，這個電壓能給予價帶電子足夠的能量，將其激發到導帶。一旦超過了擊穿電壓，這種材料就不再絕緣了。然而，擊穿通常伴隨着破壞材料絕緣性的物理或化學變化。

以上討論僅涉及電子導電。除了不存在電子導電，絕緣體中也不能有其他移動電荷帶來的電導。例如，如果液體或氣體中有離子存在，離子可以定向移動形成電流，因而這種材料是導體。電解液或等離子體都是導體，不管有沒有電子的流動存在。

擊穿性

絕緣體都會受到電擊穿的影響。當外加電場超過某個閾值，(這個閾值與材料的能隙寬度成正比)，絕緣體將突然轉變為導體，並可能帶來災難性的後果。在電擊穿過程中，自由電子被強電場加速到足夠高的速度，這些高速電子與束縛電子撞擊，能使束縛電子脫離原子的束縛(電離)。新的自由電子又能被加速並撞擊其他原子，產生更多的自由電子，形成一個鏈式反應。很快絕緣體中將會充滿可移動的載流子，因此其電阻將降至一個很低的水平。在空氣中，電暈放電是高電壓導體附近的正常電流;電弧放電是非正常，不希望見到的電流。相似地，擊穿可以發生在任何絕緣體，甚至是固體中。甚至連真空都存在某種形式的擊穿，但這種擊穿或稱真空電弧與電極表面的電子發射有關，而不是由真空本身產生的。

用途介紹

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絕緣體通常用做電纜的外表覆層。事實上空氣本身就是一種絕緣體，並不需要其他的物質進行絕緣。高壓輸電線就是通過空氣絕緣的，因為使用固體(例如塑料)覆層並不實際。然而，導線相互接觸可能造成短路和火災。在同軸電纜中，中心的導體必須位於正中，以防止電磁波的反射。另外，任何高於60V的電壓都會對人體造成電擊或觸電危險。使用絕緣體作為外表覆層可以防止這些問題。

在電子系統中，印刷電路板通常由環氧塑料和玻璃纖維製成，不導電的基板對銅導線層起支撐作用。在電子設備中，微小而精密的有效部件鑲嵌在不導電的環氧樹脂，酚醛樹脂，玻璃或陶瓷塗覆層之中。

在諸如晶體管和集成電路等微電子元器件中，摻雜的硅材料通常是一種導體。但是通過在氧氣環境加熱，硅也可以很容易地轉變為絕緣體。硅被氧化將得到石英，也叫二氧化硅。

在帶有變壓器和電容器的高壓系統中，液態的絕緣的機油通常用來防止電弧放電的發生。在需要承受相當高的電壓而不被電擊穿的地方，人們用油替代空氣進行絕緣。其他的絕緣方法包括使用陶瓷，玻璃，真空等，或者在導線相距很遠時亦可使用空氣作為絕緣。

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1、導體、絕緣體和半導體

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