物质的导电和介电机理

介电常数是绝缘特性的系数电导率是电流密度矢量J跟电场强度矢量E的比值在静电平衡的导体上，导体外电场E=σ/ε，这是楼主要的关系

导电性研究的是自由电荷比如自由电子，离子，空穴等在电场下的长程移动。而介电性能则是研究的材料内的束缚电荷在电场下的极化，取向等响应。束缚电荷区别于自由电荷，在电场下不能长程移动，只能极化，取向。那什么是束缚电荷呢？大家都知道，组成材料的最基本粒子中带电的就是质子和电子。质子一般构成带正电的原子核，电子一般是核外电子云。从能带的理论来看，只有处于导带上的电子是自由电子，其他的电荷都是束缚电荷。从理想绝缘体可以说是全都是束缚电荷，介电性最好。理想导体，全都是自由电荷，导电性最好。半导体可以说是介于两者之间。

物质之所以能导电的根本原因在于电荷的移动。无论是在导体还是在介电体中，电场的能量都是通过电荷的移动来传递的。按电荷的移动方式，可将传递方式分为：①扩散。电子通过一种有序或无序介质做无序的运动。②渗透。电子通过一种无序介质做规则的运动。③迁移。电子依照外电场的方向所作的扩散或渗透。④对流。电子按照热梯度的方向所做的运动。⑤隧道效应。电荷通过一种能量势垒所作的量子统计运动。在这些传递方式中，迁移和隧道效应是两个最主要的机制。迁移中的扩散和渗透理论基本上描述了电荷在通过块状物质或颗粒表面时的直流电导率。隧道效应主要发生在不同物质间的界面上。

不导电的物质虽然能阻止传导电流通过，但却可以让交替变化的电场能量以电磁波的形式在其内传播。这是由于在外电场的作用下，原来存在于原子之中互相抵消的电性中心将发生分离，形成一定的电偶极矩。这种在外电场的作用下出现附加电偶极矩的现象叫极化。在自然界中，存在着两种不同的极化机制：①分子的正负电荷中心重合，对外没有电偶极矩。外加电场的作用使正负电荷中心被拉开。②分子的正负电荷中心不重合，对外显示有电偶极矩。外加电场的作用使自然偶极矩发生转向。按极化的不同机制，可以将极化分为：

（1）电子极化。在外电场的作用下，电介质内出现电荷或电荷重心的位移。

（2）离子极化。在离子晶体中，由于外电场的作用，正负离子的相对位置发生变化，阳离子沿电场方向运动，阴离子逆着外电场方向运动，从而出现电偶极矩。

（3）分子极化。在外电场的作用下，一些完整的分子会发生畸变，带负电的变得更负，带正电的变得更正。

（4）固有电偶极矩转向。有些电介质，其组成分子具有固有的电偶极矩。在外电场的作用下，这些固有电偶极矩将转向外电场方向，使其极化强度增大。

（5）界面极化。对于有些由微晶体和小晶体组成的介质，其晶体内部有时会导电。但由于不导电的边界层的存在，这些介质成为绝缘体。在外加交变电场的作用下，电荷会因在晶体内部流动而聚集在边界层附近。这实际上相当于缩短了电容极板之间的距离。因此而产生了有效介电常数的改变。

上述各种极化机制分别只在一定的频率范围内有效，同时可以有简单的叠加。在超高频段（10²⁴Hz），电子极化是唯一的极化机制。在频率接近于10¹⁴Hz时，有分子和离子极化；在接近10¹²Hz时出现转向极化；在10⁶Hz以下为界面极化。