誘電率と導電材料

質問

比誘電率がほぼ１の材料（構造体）の誘電率を大きくしたい場合に、カーボンなどの導電材料をその構造体に付着させると、比誘電率が大きくなるのですが、これはなぜですか？。構造体の電気抵抗を小さくすると（電気が流れやすくなると）、比誘電率が大きくなるという現象がピンときません。よろしくお願いします。

回答No.1

LCR707 · ベストアンサー

具体的にどのような誘電材料なのでしょうか。多孔質体であれば、穴の中にカーボンが入り込み、電極間距離が減少して、見かけの誘電率が増加することは考えられますが・・・。
　最近話題の電気二重層コンデンサでも、そのような処理をして容量を増加させたものがあるそうです。

お礼

回答ありがとうございます。基材は多孔質ですが、連続気泡の多孔質ですので、カーボンがそれぞれの孔に独立して存在しているわけではなく、連続して付着しています。ですから、カーボン付着前は導電性がなくても、付着後はある程度導電性を有します。誘電率はファインセラミックのように、絶縁体であるほうが大きいという認識なのですが（この認識がまちがっているかな？）、ある程度導電性を示すことによって誘電率が大きくなるという現象が不思議なのです。

回答No.4

Teleskope

私はその専門ではないが、トラブった時に見てくれと頼まれた経験からの想像で一言。あの測定原理からして導電性のものが共振空間に存在すればサイズに依っては定在波のモードが変わらないかな？つまりまともな測定になってないのでは？
試みに似たサイズの良導体（複素ε既知なバルク材）の板を挿入するなどして測定系の方をいらってみては？

お礼

ありがとうございます。測定系も確かに微妙なのですが、本などにもゴムにカーボンを練りこむと、実数部が大きくなると書いています。誘電材料については、実数部と虚数部のそれぞれを細かに見るのではなく、（虚数部/実数部）の値で評価するということなのでしょうか。

回答No.3

LCR707

#1です。
　今、カーボン付着前の状態をモデル化すると、電気的には純粋なコンデンサであり、物理的には、厚さ方向に誘電体と空気が交互に重なったものと言えます。
　これにカーボンを付着させると、穴の空気の代りにカーボンが占めるので、等価的に厚さが減少するように思います。また、カーボン→誘電体→カーボンの構造がジグザグに斜め方向にも生じるので、面積的にも増加するように思います。電気的には、微小コンデンサと並列抵抗、及び直列抵抗の連続になるでしょうね。ですから、コンデンサとしての性能は低下しますが、容量は増加するように思います。

お礼

ありがとうございます。なるほど、すこしイメージがわいてきました。

回答No.2

namihei_115

どのような測定をされているのか分かりませんが，コメントだけ．

誘電率は誘電体（絶縁体）の分極の度合いを示すものなので，導電性とは無関係ないはずです．

ただ，複素誘電率の虚数部は導電率に関係しますので（σ/ωε_0），導電材料を付着させることによって導電率が大きくなると，複素誘電率の虚数部が大きくなり，その結果，比誘電率が大きく観測されているのかもしれません．ただ，この場合にはこの数値は比誘電率とはあまり言いませんが．

お礼

回答ありがとうございます。もう少し具体的に言うと、たとえば実数部が１、虚数部が0.005（0に近い）の多孔質にカーボンと付着させると、虚数部は1以上になり、これは理解できるのですが、このとき、実数部も２程度に（カーボン付着量によってはそれ以上に）なります。測定は、周波数が100～3000MHz、同軸管にサンプルを装着して実施しています。