介電常數(shù)是兩塊金屬板之間以絕緣材料為介質(zhì)時(shí)的電容量與同樣的兩塊板之間以空氣為介質(zhì)或真空時(shí)的電容量之比，它用于衡量絕緣體儲(chǔ)存電能的性能。
介電常數(shù)代表了電介質(zhì)的極化程度(即對(duì)電荷的束縛能力)。介電常數(shù)越大，對(duì)電荷的束縛能力越強(qiáng)。
電容器容量隨兩極板之間填充不同的介質(zhì)而不同，同一種介質(zhì)的影響是相同的。介質(zhì)不同，介電常數(shù)不同。
介電常數(shù)常用測(cè)量方法
一般來(lái)說(shuō)，目前測(cè)量介電常數(shù)的常用方法主要包括波導(dǎo)法、諧振腔法、自由空間法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。下面簡(jiǎn)要介紹這四種方法的原理、特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀等。
1、波導(dǎo)法測(cè)量介電常數(shù)
波導(dǎo)法基于經(jīng)典的NRW傳輸/反射法原理進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)測(cè)得S常數(shù)，根據(jù)一定算法計(jì)算求解出單次的傳輸系數(shù)與單次反射系數(shù)，并依此求解出待測(cè)樣品的介電常數(shù)與磁導(dǎo)率。算法求解不涉及超越方程，容易計(jì)算推導(dǎo)，但由于傳輸系數(shù)的相位模糊性會(huì)產(chǎn)生多值解和厚度諧振問(wèn)題，故需要選擇合適的樣品厚度，一般厚度取1/4的波導(dǎo)波長(zhǎng)。波導(dǎo)法常用于3GHz以上的高頻段測(cè)量，測(cè)量精度較高，適用于薄片材料測(cè)量，但對(duì)介質(zhì)損耗、樣本尺寸、表明平整等要求較高，且裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需SOLT校準(zhǔn)。
2、諧振腔法測(cè)量介電常數(shù)
諧振腔法的測(cè)試原理是通過(guò)放置待測(cè)介質(zhì)之前和之后，諧振腔的諧振頻率f與品質(zhì)因數(shù)Q發(fā)生的差異，反推出待測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。根據(jù)填充程度的不同可分為微擾法、部分填充法和全部填充法。微擾法的測(cè)量簡(jiǎn)單易行，適用于較小尺寸、較低介電常數(shù)值和低損耗材料如液體、粉末等的測(cè)量，測(cè)試精度高。部分填充法一般用于矯正，難以進(jìn)行精確計(jì)算。
諧振法的具體方法有很多，如矩形腔法、諧振腔微擾法、微帶線諧振器法、帶狀線諧振器法、介質(zhì)諧振器法、高Q值法等，并且不斷有新的方法出現(xiàn)和改善。
3、自由空間法測(cè)量介電常數(shù)
自由空間法屬于微波法，測(cè)試原理參考傳輸線理論，通過(guò)發(fā)射天線輻射出電磁波，在自由空間傳播并到達(dá)待測(cè)介質(zhì)時(shí)，利用電磁波傳輸原理，一部分電磁波在到達(dá)待測(cè)介質(zhì)表面時(shí)會(huì)透射與反射，利用以接收天線為主的接收系統(tǒng)并配合矢量網(wǎng)絡(luò)分析測(cè)得傳輸和反射系數(shù)，并代入后續(xù)的算法處理反演推導(dǎo)出待測(cè)介質(zhì)的電磁參數(shù)。該方法具有非接觸特性和非損壞性，適合高溫測(cè)試，測(cè)量頻帶范圍寬，最高頻率可以達(dá)到100GHz，適用于超高頻率的毫米波測(cè)量，不受待測(cè)樣品狀態(tài)限制，主要測(cè)量液體薄膜等。但系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，樣品尺寸大，需對(duì)樣品進(jìn)行切片等處理，只適用于高于3GHz的高頻情況。
4、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法測(cè)量介電常數(shù)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展和大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，出現(xiàn)了通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量介電常數(shù)的方法。其原理是利用大量已知介電常數(shù)介質(zhì)的微波夾具的S參數(shù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練后，利用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)未知介質(zhì)的介電常數(shù)進(jìn)行分析測(cè)量。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的核心是基于微波夾具的S參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的訓(xùn)練。相對(duì)于傳統(tǒng)的介電常數(shù)測(cè)量方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法結(jié)合了微波法和大數(shù)據(jù)分析法，簡(jiǎn)化了測(cè)試難度，靈活性高，可以有效避免求解過(guò)程中的多值問(wèn)題、S參數(shù)校準(zhǔn)問(wèn)題，適應(yīng)性較廣。但由于不是嚴(yán)格的解析解，測(cè)試精度還需提高?？傮w來(lái)講，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法測(cè)量介電常數(shù)在工程應(yīng)用中具有很大發(fā)展空間。
常見(jiàn)物質(zhì)介電常數(shù)表
昌暉儀表從維基百科整理了以下常見(jiàn)物質(zhì)介電常數(shù)供大家使用，比如空氣的介電常數(shù)為1.00058986±0.00000050(at STP, for 0.9 MHz)，很輕松就可以從下表查到。
真空Vacuum的相對(duì)介電常數(shù)：1(by definition)
空氣Air的相對(duì)介電常數(shù)：1.00058986±0.00000050(at STP, for 0.9 MHz)
聚四氟乙烯PTFE/Teflon的相對(duì)介電常數(shù)：2.1
聚乙烯Polyethylene/XLPE的相對(duì)介電常數(shù)：2.25
聚酰亞胺Polyimide的相對(duì)介電常數(shù)：3.4
聚丙烯Polypropylene的相對(duì)介電常數(shù)：2. 2-2.36
聚苯乙烯Polystyrene的相對(duì)介電常數(shù)：2.4-2.7
二硫化碳Carbon disulfide的相對(duì)介電常數(shù)為2.6
聚酯薄膜；膠帶Mylar的相對(duì)介電常數(shù)為3.1
紙Paper的相對(duì)介電常數(shù)為3.85
電活性聚合物Electroactive polymers的相對(duì)介電常數(shù)為2-12
云母Mica的相對(duì)介電常數(shù)為3-6
二氧化硅Silicon dioxide的相對(duì)介電常數(shù)為3.9
藍(lán)寶石Sapphire的相對(duì)介電常數(shù)為8.9-11.1(anisotropic)
混凝土Concrete的相對(duì)介電常數(shù)為4.5
派熱克斯玻璃(一種耐熱玻璃)Pyrex(Glass)的相對(duì)介電常數(shù)為4.7(3.7–10)
氯丁橡膠Neoprene的相對(duì)介電常數(shù)為6.7
橡膠Rubber的相對(duì)介電常數(shù)為7
金剛石Diamond的相對(duì)介電常數(shù)為5.5-10
鹽Salt的相對(duì)介電常數(shù)為3-15
石墨Graphite的相對(duì)介電常數(shù)為10-15
硅Silicon的相對(duì)介電常數(shù)為11.68
氮化硅Silicon nitride的相對(duì)介電常數(shù)為7-8(polycrystalline, 1MHz)
氨Ammonia的相對(duì)介電常數(shù)為26, 22, 20, 17(?80, ?40, 0, 20℃)
甲醇Methanol的相對(duì)介電常數(shù)為30
乙二醇，乙烯乙二醇Ethylene glycol的相對(duì)介電常數(shù)為37
糠醛；[有化] 呋喃甲醛Furfural的相對(duì)介電常數(shù)為42.0
甘油；丙三醇Glycerol的相對(duì)介電常數(shù)為41.2, 47, 42.5(0, 20, 25℃)
水Water的相對(duì)介電常數(shù)為88, 80.1, 55.3, 34.5(0, 20, 100, 200℃)for visible light: 1.77
氫氟酸Hydrofluoric acid的相對(duì)介電常數(shù)為175, 134, 111, 83.6 -73℃, -42℃, -27 °C, 0℃)
肼；[無(wú)化] 聯(lián)氨；酰肼Hydrazine的相對(duì)介電常數(shù)為52.0(20℃)
甲酰胺Formamide的相對(duì)介電常數(shù)為84.0 (20℃)
硫酸Sulfuric acid的相對(duì)介電常數(shù)為84-100(20-25℃)
過(guò)氧化氫Hydrogen peroxide的相對(duì)介電常數(shù)為128aq-60(-30~25℃)
氫氰酸Hydrocyanic acid的相對(duì)介電常數(shù)為158.0-2.3(0-21℃)
二氧化鈦Titanium dioxide的相對(duì)介電常數(shù)為86-173
鈦酸鍶Strontium titanate的相對(duì)介電常數(shù)為310
鈦酸鍶鋇Barium strontium titanate的相對(duì)介電常數(shù)為500
鈦酸鋇Barium titanate的相對(duì)介電常數(shù)為1200-10,000(20-120℃)
鋯鈦酸鉛Lead zirconate titanate的相對(duì)介電常數(shù)為500-6000
共軛聚合物Conjugated polymers的相對(duì)介電常數(shù)為1.8-6up to 100,000
鈦酸銅鈣Calcium copper titanate的相對(duì)介電常數(shù)為250,000
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