绝缘体

2024-07-16

绝缘体（精选十篇）

绝缘体篇1

一、激发学习动机

课开始后,教师先提出一些问题激起学生学习兴趣。例如教师问“在我们的周围,有些是导体,有些是绝缘体,根据你们已有的知识,你们认为哪些物体是导体,哪些物体是绝缘体?干燥的木头是绝缘体,是不导电的,而潮湿的木头是导体,是导电的,为什么?玻璃也是绝缘体,它能变为导体吗?怎样使玻璃由绝缘体变为导体?”

有了这些问题,学生的学习动机就被激发出来。提出问题也是探究学习的开始。

二、例举实验过程

1. 准备实验仪器

实验前要准备好以下实验器材,包括装有Windows2000以上操作系统的计算机、数据采集器、数据线、微电流传感器(-1～+1)、干电池(两节)、电键、酒精灯、滑动变阻器(0～10)、导线若干、玻璃棒、铁架台(两个)、试管夹(两个)。

2. 开始实验过程

第一,用数据线把数据采集器和计算机连接起来,然后将微电流传感器(-1～+1)与对应的数据采集通道相连接,并启动数字化实验室系统软件。

第二,将玻璃棒用试管夹固定在铁架台上,把铜丝线圈分别缠绕在玻璃棒两端,然后和微电流传感器(-1～+1)、滑动变阻器(0～10)、电键、电源组成串联电路。如图1所示。

第三,打开数字化实验室系统软件菜单,设置数据采集样点时间间隔为0.2秒。为了实时动态记录和观察玻璃随温度变化而导电的情况,将显示模式换成波形模式,同时打开坐标绘图和数据记录功能。闭合电路并点燃酒精灯加热玻璃棒,点击开始采集数据按钮,绘制“时间-电流”曲线如图2。

第四,熄灭酒精灯,采集数据,绘制“时间-电流”曲线如图3所示。

第五,在坐标绘图中同步显示“时间-电流”曲线,点击鼠标右键就可以得到坐标显示如图4所示。同时在数据记录中可以得到从实验开始到结束随时间变化的电流值。

3. 实验结果分析

波形显示窗口清晰地描绘出了微电流传感器对闭合电路中电流大小的检测情况,在刚加热玻璃棒时,闭合电路中电流的大小为零,说明玻璃棒是绝缘体。随着对其加热的时间增长,闭合电路中的电流大小就不为零了,逐渐增大,在图2中可以清晰地看出烧红的玻璃已变成了导体。

熄灭酒精灯,玻璃棒温度降低,闭合电路中电流由大逐渐变小直到为零,采集数据绘制“时间-电流”曲线如图3所示。烧红的玻璃由导体又变为绝缘体。

玻璃在常温下是绝缘体,玻璃内几乎没有自由电子,被加热到红炽状态时,玻璃内的电子挣脱分子的束缚成为自由电子,绝缘体玻璃就变成了导体。绝缘体和导体之间没有绝对的界限,在某种条件下,它们可以相互转化。

通过以上探究和分析学生对绝缘体变导体有了基本的了解。如果将两铜丝线圈间距增大,会发生什么变化?其他条件不变,增大闭合电路中的电压会产生什么结果?如果采用玻璃管,得到的结果和玻璃棒一样吗?针对上述猜想和假设,可以进一步实验探究。

4. 综述实验结论

利用微电流传感器对绝缘体变导体进行深入的探究和学习,了解到玻璃在常温下是绝缘体,但被加热到红炽状态时就变成了导体。绝缘体和导体之间没有绝对的界限,在某种条件下可以相互转化。在整个探究过程中,学生们对绝缘体、导体以及绝缘体变导体有了更深的理解和认识,同时在实际探究活动中锻炼和培养了观察动手能力。

三、数字实验优势

导体和绝缘体篇2

②向学生说明“导体”、“绝缘体”是现正在用的科学名词，

③以日常生活中常见的物体为例，说明哪些是导体，哪些是绝缘体.

④向学生说明人体、大地、不纯净的水也是导体.

4.安全用电教育

①讲解课本图4-11所表示的各种物质导电和绝缘能力的排列顺序，引出人体可以导电，较大电流通过人体是十分危险的.

②用电器的地方非常多(家庭、工厂、街道、公共场所)，可让学生说一说有哪些地方用什么样的电器.

③结合日常生活，总结安全用电的注意事项.如：不能带电修理电器;不能在高压线附近放风筝;不能在电线上搭凉衣物.不能用湿布擦电灯泡，要取下电灯泡再擦，水分干了以后，再安装上.

④强调导体和绝缘体的划分不是绝对的.

5.导体容易导电和绝缘体不容易导电的原因

①结合课本图4-13以金属为例建立导体的微观模型.

②指出可以自由移动的电荷叫自由电子.

③强调金属中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反.

对于学习基础较好的学生，还可以把本节课设计成研究性学习的课程：

1.引入新课后，各组(或个人)准备实验装置

①各组实验装置可能不大相同，但有两点要注意，一是要灵敏，各接触点要牢固;一是装置中要留出两个导线头，以便于实验操作.

②各组装配好，由教师验收.验收时只要看电路是否接好，不必实验，因实验后会降低下面实验的新鲜感.

2.分组实验

①各组开始实验，实验的结果是把所有小物件分成两大类，一类是导电的，一类是不导电的.

男生是八卦的“绝缘体” 篇3

瘦瘦的Lily兴奋地说：来，大家开始抖八卦吧！！我来开头，最近听说咱们以前的同学Mimi找了个老外，那老外还是有老婆的。

“啊，真的啊，Mimi一向很风骚的，她啊，手里光LV包包就买了3个。”穿粉色衣服的小囡也开始提供信息。

“还有啊，我们市场那个张素平日看着很精明的，没想到，运气差，老爸玩股票不仅把她的积蓄全都打水漂了，还欠了外债，搞得她现在神经兮兮的。”短发的明明说。

“对哦，那个明星叫什么杨丞琳不也是为老爸还钱才那么拼命么！”说话软软地小琴也跟上大家的节奏，提供自己的八卦。

“还有，那个林依晨也是为了还钱才进这个圈子的。”小方也不落后。

“真的啊，还有那谁谁……”Lily说。

姐妹们的聚会很精彩，八卦层出不穷，说到兴奋处，女生们两眼发光，尖叫连连。可苦了一旁的Sam，本来他也是个健谈风趣的人，可是女生们的八卦他一点都插不进去，所以一直闷闷的。

正在兴头上的小琴可没注意Sam的变化，在回去的路上，争吵爆发了，Sam抱怨小琴那几个朋友们太无聊很八婆，一向维护朋友的小琴可不乐意了，说Sam很无趣，不知道给她争面子，还说谁谁的男友如何在姐妹们中受欢迎。两人争执不休，最后Sam摔门而去，小琴郁闷地想：为什么男友那么讨厌八卦的自己呢？

是啊，忍不住我们都想问一问，男生们，你们的八卦细胞都到哪里去了呢？我们也知道，喜欢八卦这件事是有那么一点点恶俗，可是，可是……可是偶尔八卦一下，不是很能够放松身心，很能够体会到俗气的乐趣吗？

据调查，有高达71%的男生非常讨厌女生凑在一起聊八卦。经过我们的归纳总结，他们是基于以下一些原因所以才讨厌的——

理由1：分贝太高，严重影响到身心健康

传说“1个女人等于500只鸭子”，本来女生说话语速就快，声音偏尖，尤其是在说起感兴趣的话题时通常很难控制分贝，男生声音再高昂也比不上娘子军有力量，声音上拼不过就造成耳朵有压力，如果是成百个女生在一起说话，男生的心脏一定会爆炸的。

理由2：八卦无营养

虽然男生在一起聊的话题也没见得多高级，无非就是足球、女人、游戏“老三样”，但是当他们置身于女性的八卦声浪中时，他们发现世界上还有比自己更没追求的人类，那些明星和谁恋爱，隔壁阿弟穿了什么鞋，或者同事的生活癖好，这些和自己有啥关系，真想不明白女生竟然可以为了不相关的人兴奋得两眼冒光，一口水不喝也能滔滔不绝讲一下午。

理由3：浪费时间，不关心自己

根据不少拥有八卦女友的男性惨痛经验，当女友遭遇八卦和一群八卦姐妹时，这个世界上是没有男友这个角色存在的，她会自动把男友屏蔽在异空间里。这个时候，在寂寞的角落，男友只能啃着被子角，愤恨电话线那段“勾引”他女友的八卦朋友，然后在睡梦里把“八卦”痛打一百遍。或者只能面对持续占线的电话瞎着急。

理由4：我做不了第三者

在一群女生的聚会中总有三五个人会携眷出席，男人在女人的八卦世界里可以游刃有余的人真的是凤毛麟角，首先，女生思维太跳跃，经常对一个话题男人还没反应完就换了下一个话题。其次，女生的心思好难猜，她今天喜欢这个偶像明天就讨厌人家了，等你刚想把自己最近对这个偶像做的一点功课拿出来献宝出来时，已经过时作废了。在八卦的聚会里，男人这个“第三者”很难插足，太活跃会被人家看做轻浮无品；太沉默又被认为无趣，真的是第三者难当。

理由5：我没有隐私

要知道，在女性八卦的世界里是没有家里家外，国内国外的，只要一开了头，所有的料全会被爆出来，而且女性大多很好强，你爆3个，我就要爆4个，当料不够时，就会拿老公男友来凑。如果碰上赌性坚强，话难自控的女友，那绝对是男人的噩梦，就好比在人前没穿衣服，那点隐私全被曝光了，这也算是遭遇一把明星待遇吧！

理由6：八卦是一种传染病

有人说好习惯很难传染，但是坏习惯一定一学就会，这话用在八卦上绝对拥有可信度。每天接触什么人，接触什么信息，你的大脑就会自动记忆。八卦就好比走钢丝，一念之间，而且有些颇具远见的男性，会因为女友的八卦习惯担心自己的下一代，是不是在幼儿园时期就开始关心老师的恋情和校长的隐私，然后八卦代代相传，永无尽头。

当然，身为女生，我还是很理解大家的八卦需求的。但基于“八卦与男朋友，一个都不能少”的原则，我要给大家一些建议，让你们的八卦欲望和亲爱的男朋友，能够和谐共存，愉悦相处，这样一来，人生就完美了。

1.远离八卦，珍惜时间。这是杜绝后患的根本办法，远离八卦朋友，重新塑造女友形象，多谈一些有点深度的话题，尤其在公务聚会中为他赚足面子，这样你的八卦形象就彻底改变了。

2.八卦时间，远离男友。他不喜欢听你们的八卦分贝，可以，你和姐妹的聚会可以不带他，或者去网上八卦，大不了就是键盘敲击声，你可以和他说你在打公司报告。只要他听不到你的八卦分贝，万事大吉。

3.把男友和平演变。与其有一个厌恶八卦的男友还不如培养一个热爱八卦的男友，这样你还多了一个八卦伙伴。不过要小心培养徒弟饿死师傅的千古道理，如果你的男友八卦水平青出于蓝，就没有你的展示空间，要注意留点私心给自己。

4.偷换八卦概念。八卦也分很多种，高级别的八卦是上至天文地理，下至民生明星名人全都可以“八”上一番，在如此八卦的浩瀚海洋里，总有一款八卦会是你男友感兴趣的内容，把八卦的不良形象改头换面，偷换概念，当男友意识到自己已经和你同流八卦时，为时已晚。

莫大意!绝缘线不绝缘篇4

近日, 湖北省巴东县野三关集镇一建筑工地上, 某施工人员试图将钢管脚手架纵向穿过带电的10 kV绝缘线, 幸被供电企业安监员及时发现, 采取果断措施, 强令施工人员拆除违章钢管脚手架, 才避免了一起可能发生的人身触电事故。

理论上讲, 不同电压等级的绝缘线在相对应的电压下是能起到绝缘作用的, 可以避免人身触电事故的发生和其他设备的损坏。但是在电力线路上, 特别是架设的高电压等级的绝缘线路, 由于受绝缘线的生产质量、运输和架设过程中绝缘损伤的影响, 尤其是运行时间较长的绝缘线路, 在受到日晒雨淋后, 绝缘能力会大大下降, 达不到相应电压等级的绝缘水平, 起不到真正的绝缘作用。而且, 在相关电力规程中明确规定, 架空绝缘线的安全距离与裸导线相同。所以, 电力架空绝缘线只是用在复杂的安装地方, 且只能相应减少技术上的安全要求, 并不能真正完全起到对人身的防护作用。因此特别告诫大家, 千万不要靠近和接触运行中的电力绝缘线, 按安全技术标准工作和采取有效的防护措施才是生命安全的有效保障。2010-06-08收稿

导体与绝缘体教案篇5

教学目标：

1、经历对多种物体进行预测、检测与记录等活动过程，对所收集的信息进行整理与分析，提出问题。

2、形成尊重事实的科学态度，认真细致的探究习惯和安全用电意识。

3、初步学会判断生活中哪些物体是导体，哪些物体是绝缘体。教学重点：导体与绝缘体的认识，区分导体与绝缘体。

教学准备：

学生：每组一套材料，科学记录表、曲别针、塑料尺、玻璃片、铁钉、铜线、气球、干木条、橡皮、铝片、纸片等待检测物体。教师：演示用的电路装置、多媒体课件。教学过程：

一、创设问题情境、激发探究欲望

通过上节课的研究，我们知道了要想使小灯泡亮起来，需要一个完整的电路，同学们想一想，一个简单电路是由哪几个部分组成？（电池、开关、导线、灯泡）

出示投影，一个简单电路是由电池、开关、导线、灯泡四部分构成。现在同学们连接好电路，让小灯泡亮起来。（学生开始活动）师：都亮起来了吗？（亮起来了！）师：怎样让小灯泡熄灭呢？

总结：我们通过开关能控制小灯泡的亮与灭，如果用一些其它材料代替开关，你们想不想知道小灯泡是否会亮？（想）

二、提出问题，学习新课看我们准备了什么材料，仔细观察，这些物体使用什么材料制成的？（学生观察）

教师提问（曲别针使用什么材料制成的？…）

如果将这些材料连接到电路中，观察小灯泡是否会亮，大家看屏幕，我们来预测一下。（分小组说一说预测结果，填写预测表）

现在我们开始实验，将这些物体连接到电路中，看小灯泡是否会亮起来，将实验结果与预测表相对照，看是否正确。

学生分组活动，将物体连接到电路。（10分钟）教师提供背景音乐，巡回指导。（通过检测物体，让孩子有足够的经验认识生活中的导体和绝缘体，在这里教师没有提供全部物体，留一些“空白”给学生，期望学生能走出教室，走向生活，体会到身边处处有科学。）

分小组汇报

(我们把曲别针连接到电路中，小灯泡亮起来。)（其他小组一样吗？）(我们把铁钉连接到电路中，小灯泡亮起来。)(我们把塑料尺连接到电路中，小灯泡没有亮起来。)看一看我们的预测是否准确？（屏幕出示幻灯片）

刚才，我们将一些物体连接到电路中，有些让小灯泡亮了，有些让小灯泡不亮，让小灯泡亮的物体有哪些？让小灯泡不亮的物体有哪些？屏幕出示。

导体和绝缘体的概念。（电脑幻灯出示）

曲别针、铁钉、铝片、铜线等绝大多数金属是导体。塑料、干木条、玻璃等绝大多数非金属是绝缘体。

我们认识了导体和绝缘体，那么，他们在生活中有哪些作用呢？出示实物。同学们观察这是什么？（改锥）由哪些材料构成？属于导体还是绝缘体？有什么用处？

导体和绝缘体应用和广泛，生活中许多地方都用应用，但导体和绝缘体不是绝对的，条件变了，绝缘体也可以变成道题。例如干木条是绝缘体，但木条变潮湿后，就成为导体了。人体、大地和不纯净的水都是导体，因此同学们在生活中要特别注意，防止触电。

安全用电教育。

随着社会的发展，在生产和生活中用电的地方越来越多，必须注意安全用电，大家看图，哪个正确？哪个错误？为什么？

我们要了解一些安全用电的基本常识：

1、不要用东西去捅交流电插孔；

2、不要用力拉拽电线，防止拉断，发生漏电现象；

3、在检查电器时，仅仅关闭电器开关还不够，检查必须在断开电源的情况下进行。

刘永好绝缘体能够“独善其身”？篇6

刘永好曾是四川首富，刘汉同样曾是四川首富，他们都是白手起家，都获得了极大成功，但刘汉的资金积累却与一系列的命案沾上了关系。刘汉在开拓自己的财路时，对挡住自己财路的人都是格杀勿论；同时，他也大肆结交官员，寻求保护伞。他没有做到刘永好说的“时时刻刻规范面對政府、面对市场”。

刘永好说，“特别是在政府边界不是很清晰的时候，更要警惕。”政府边界不是很清晰，李克强总理倒是给了一个解释，他今年初在国务院第二次廉政工作会议上的讲话强调，对市场主体是“法无禁止即可为”，对政府则是“法无授权不可为”。过去政府边界不清晰，正是因为政府权力喜欢乱插手，权力过大，干涉过多，没能让市场在资源配置中起决定性作用。刘永好能在这种情况下，保持高度警惕，没能陷进官商纠葛中，不得不说显示了很大的智慧。

东星集团总裁兰世立出狱后曾说了一句话，“在落后地方，老板再大，一个处长都能把你搞死。”引发舆论哗然。越是落后，权力边界便越不清晰，自己也便需更加警惕，但像刘汉等人却是选择了与官员沆瀣一气，所以，当他们的保护伞落马，也就到了给他们“算总账”的时候；而当他们东窗事发，与他们同流合污的官员也会一并落网。

绝缘体篇7

关键词：光波导,耦合效率,梯度折射率介质,绝缘体上的硅

近年来, 硅基光集成技术日益成熟, SOI ( silicon on insulator) 材料［1，2］是人们普遍认可的用以替代单晶硅材料的一种新型的光电子集成材料。其中, 在SOI波导器件、SOI光调制器、SOI光开关、SOI阵列波导光栅、SOI多膜干涉耦合器等诸多光子集成器件方面的应用均已得到了深入研究［3—9］, 由于SOI器件具有与硅完全兼容的CMOS工艺, 因此为光子集成技术以及芯片实现提供了保证。一般而言, 单模SOI光波导作为SOI器件中最基本的元件, 其模场直径大约为1 μm量级, 要将标准单模光纤 ( 模场直径约10 μm) 中的光场输入到该单模SOI波导, 如果没有能够有效实现模斑转换的耦合器, 由于模斑尺寸不匹配将会带来比较大的耦合损耗。2004年, 加拿大微结构研究小组A. Delage等［4］提出用非晶硅材料在SOI基底的硅波导上表面沉积3. 5 μm厚的非对称GRIN介质膜, 在垂直方向实现了入射光束耦合进入0. 5 μm厚的SOI波导芯层。尽管理论耦合效率为87% , 但实验值却只有40% ~ 45% , 紧接着又有多家研究机构对此进行了改进。2009年, Atilla Ozgur Cakmak等提出利用二维梯度折射率晶体的聚焦效应将GRIN PC置于光子晶体波导的输入端用作光束耦合器［5］, 可以实现高效率地光传输, 这一优点使GRIN光子晶体有望用于紧凑并且需要强聚焦的光学系统中以代替传统的透镜。近年来, 又有GRIN介质的实验制作及其压缩后光斑的实验测量方面的研究报道［6］。现利用GRIN介质对高斯光束的会聚作用, 研究在光束端面耦合中实现单模光纤与单模SOI平面波导间的高效耦合, 并对影响耦合效率的因素进行分析。

1平面波导中场分布

1. 1 SOI平面波导结构

通常情况下, 在设计波导器件的过程中为了避免高阶模式之间的相互影响, 就必须使导模的高阶模式截止, 只允许TE或TM基模的单模波导通过传输。图1所示为SOI对称平面波导的结构侧视图, 选用硅作为芯区材料, 折射率为n1= 1. 45 ; 二氧化硅作为波导的限制层材料, 折射率为n2= 3. 42 , 芯层厚度为2a。波导在y方向和z方向无限延伸, 约束光线的条件为光沿z方向传输且上下表面全反射。损耗为1 d B /cm左右。

为简单起见, 仅讨论入射光为TE模的偏振光, TM模的传输可以用同样的方法得到。TE波在平面波导中的本征方程为

式 ( 1) 中, u和w为归一化工作参数, u = ( κ02n12- β2) 1/2, w = ( β2- κ02n22) 1 /2, m为导模阶数, κ0为自由空间的波数, β 为传播常数。对式 ( 1) 求解即可得到SOI平面光波导中单模传输时, 要求波导芯层的最大厚度不能超过0. 24 μm。

1. 2 TE波的模场分布

根据波导的波动理论, 平面波导中TE模 ( 即E在y方向) 的场方程为

当光沿着z方向传播时, 根据在界面处x = ± a及电磁波Ey、Hz的连续条件, 可得到TE波的模场分布为

在实验条件下, 数值计算的结果表明波导结构中只允许传输一个模式且电场能量被局域在芯层。

2高斯光束在平面波导中的耦合

如何实现光纤与芯片波导之间有效的耦合作用, 在此利用GRIN介质中传输的高斯光束宽度表现为周期性的会聚特征, 在出射端面处对接一个尺寸为亚微米量级的SOI平面光波导, 通过调整介质的聚焦参数 α 和介质长度变化使出射光束宽度与SOI波导的模场半径相匹配, 以达到提高光束在传输过程中的耦合效率的目的, 从而改善光学系统中由于分立元器件之间交换信息导致模场尺寸不匹配而引起的能量损耗。

2. 1介质端面处的模场分布

如图1所示, 假定光束垂直入射并沿z方向传播, GRIN介质的折射率沿x方向变化并且关于y轴对称, 又令折射率变化函数满足方程n ( x) = n1sech ( αx) 。分析中重点考虑标准单模光纤的模场与单模SOI平面光波导的耦合, 这里单模光纤的基模 ( LP01模) 为零阶贝塞尔函数, 如果光纤的归一化频率满足V > 1. 2, 则可利用高斯函数来近似的描述单模光纤的模场分布［7］。由于常用的SMF28单模光纤的模场半径w0的范围在4 ~ 10 μm之间, 在此高斯函数又由其模场半径w0唯一确定。因此, 在计算中选取入射激励场源为高斯光束且束腰半径为w0= 5 μm, 假定入射面处高斯光束的初始半宽恰好为束腰半径, 则单模光纤中TE偏振光的基模电场分布近似为

一般而言, 平面光波导的横向宽度远大于厚度, 可认为单模光纤与SOI光波导在横向方向上模场匹配, 这里仅需要考虑垂直于厚度方向上的耦合情况。

当折射率分布n ( x) = 3. 42sech ( x /8) 时, 选取GRIN介质的长度为12 μm, 厚度为10 μm, 数值模拟得到的电磁场坡印廷矢量的z分量在整个结构中的分布如图2所示。可以明显看出高斯光束进入GRIN介质后, 光束逐渐向GRIN介质的折射率最大的中心平面会聚, 在GRIN介质的出射端面入射光束聚焦, 实现光斑的转换; 然后进入SOI波导结构的芯层, 形成稳定的传输模式传输。结果显示, 波导芯层局域了很强的电磁场能量, 耦合效率得到了较大的提高。耦合进入波导中的光功率也可通过坡印廷矢量z分量的时间平均值在波导截线上的积分计算求得。

在GRIN介质的折射率函数n ( x) = 3. 42sech ( x/8) 的情况下, 当高斯光束以10° 倾斜入射时, 结果显示: 尽管光束在介质中的传输过程中仍然表现出周期性会聚的特性, 但是光束会聚的焦点位置改变了, 相对于折射率对称中心的平面位置发生了移动, 如图3所示。这种移动将对光束从输出端耦合进入SOI光波导的能量产生较大的影响, 也将对光纤与芯片波导之间的耦合效率造成一定的影响。

2. 2影响SOI光波导耦合效率的因素

通过理论分析, 认为传输光束相对介质轴线的入射角度 θ、SOI光波导的芯层轴线相对于介质轴线的位移 Δy及聚焦参数 α 等因素都会对光纤与芯片波导之间的耦合效率产生影响。

下面具体讨论上述参量对耦合效率的影响结果, 同样选用入射高斯光束的束腰半径 ω0= 5 μm。计算结果如图4所示, 图 ( b) 、 ( c) 为正入射 ( θ = 0°) 情形下, 分别在聚焦参数为0. 125和沿介质轴线方向入射时的耦合效率变化曲线; 图 ( a) 、 ( c) 为沿介质轴线方向入射 ( Δy = 0) 情形下, 分别在聚焦参数为0. 125和正入射时的耦合效率的变化曲线。可见耦合效率随着 Δx和 θ 值的增大而降低, 而且这两个因素的微小变化都会引起耦合效率的很大变化, 反映出结构中的 Δx和 θ 对耦合效率的不利因素; 图4 ( c) 也反映出耦合效率随着GRIN介质聚焦参数 α 的变化情况, 耦合效率在 α = 0. 25 μm－ 1时有最大值, 说明在这种条件下端面处光场模斑匹配达到最佳。通过分析得到具有单模光纤模场的高斯光束, 通过一维双曲正割GRIN介质进入SOI波导的最佳耦合条件为 α = 0. 25 μm－ 1, Δx = 0, θ = 0°, 最大耦合效率为84. 7% , 大大提高了直接传输时的耦合效率。

用同样的方法来进一步研究TM波的电场分布及其耦合效率。如图5所示为TE波和TM波在最佳耦合条件下, 耦合效率随着波长的变化曲线。结果显示, 对同一入射波长, TM偏振光对应的耦合效率较大; 对于1 550 nm的通信波长而言, TM和TE偏振光的耦合效率相同, 均为84. 1% 。进一步分析可知, 两种模式的光束耦合效率随着波长的变化均不大, 因此对称耦合结构用于实现单模光纤与SOI波导耦合适用于较宽的波段。

3结论

在单模光纤与SOI波导之间, 接入对称折射率分布型GRIN介质耦合结构, 通过调整GRIN介质的折射率参数及长度变化使之与SOI波导的模场半径相匹配, 能够提高光束耦合效率, 改善光学系统中分立元器件间信息交换时由于模场尺寸不匹配引起的损耗。耦合效率随着入射波长和偏振态而变化, TE偏振光的最佳耦合条件为 α = 0. 25 μm－ 1, Δx = 0, θ = 0°, 相应的最大耦合效率为84. 7% ; 对于1 550 nm的通信波长, TE和TM波具有相同的耦合效率, 均为84. 1% 。综上所述, 对称折射率分布的一维双曲正割GRIN介质耦合进入SOI波导, 能够极大地提高直接传输的耦合效率。

参考文献

[1] 余金中.硅光子学.北京:科学出版社, 2011:72—92

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绝缘材料知识(4)玻璃绝缘材料篇8

玻璃的性质在很大程度上取决于其组成和结构, 通过不同的组成设计获得不同性质的玻璃, 如可适应于与金属封装的高膨胀玻璃;具有优异耐电弧能力的低膨胀玻璃;拥有高机械强度的微晶玻璃等等。

1 玻璃绝缘材料的分类

(1) 电真空玻璃。主要用于制造电真空器件、灯泡以及灯管等。主要有钨组玻璃、钼组玻璃、铂组玻璃和石英玻璃。对该类玻璃的主要要求是: (1) 具有与钨、钼、铂等金属适配的热膨胀系数; (2) 良好的热稳定性及化学稳定性; (3) 较好的电气绝缘性质。

(2) 电容器玻璃。作为电容器的玻璃绝缘介质, 其主要要求是: (1) 介质损耗小, 以适应于在高频下的应用; (2) 介电常数大, 使电容器具有较小的体积; (3) 热稳定性高, 包括低介电常数温度系数和低的热膨胀系数。

(3) 装置玻璃。装置玻璃包括应用于输电线路的各种玻璃绝缘子和无线电零件、器件和电子仪表上的基座、绝缘管壳等。对这类玻璃的主要要求是: (1) 介质损耗小, 以降低自身的功率耗散和发热; (2) 介电常数小, 以减小不必要的杂散电容; (3) 热稳定性和化学稳定性高。

(4) 封接玻璃及玻璃釉。封接玻璃常被用于电子或电力器件中金属与非金属之间的连接, 玻璃釉则是涂覆在金属或非金属 (如陶瓷) 制品的表面, 实现表面绝缘或改善表面的电场分布。对该类玻璃的主要要求是: (1) 熔点低, 便于在较低的温度下封接或烧成; (2) 热膨胀系数应与封接对象或所涂复的基体相近或略低, 使玻璃中产生一定压应力从而获得较高的结合强度; (3) 高的绝缘强度和低的介质损耗。

除以上4类玻璃外, 还有一类含玻璃的绝缘材料是用玻璃纤维增强的树脂基复合绝缘材料, 常被用作电力系统中各种复合绝缘子的芯棒或结构支撑件。

2 玻璃绝缘材料的特点

玻璃之所以能在电力电子工业中作为绝缘材料得到广泛应用, 是因为它具有以下一系列特点: (1) 良好的电气绝缘强度; (2) 良好的光学性能, 如透光性; (3) 优异的密封性能, 不透水, 不透气; (4) 良好的耐热性和化学稳定性; (5) 良好的热塑性, 可制成复杂的形状; (6) 良好的焊接性, 与金属和陶瓷结合牢固; (7) 原料丰富, 制造加工简便, 成本低廉。

当然, 不同组成的玻璃具有不同的特性, 并非所有玻璃都同时具有以上优点。因此, 必须根据玻璃绝缘材料的应用环境来设计合理的玻璃组成和制备工艺。如高压输电线路上的玻璃绝缘子要求高的绝缘强度和机械强度, 就必须进行钢化处理;用于液晶或等离子显示屏的玻璃则要求高透光率、高强度和低的热膨胀系数, 需用石英玻璃或其他透明的高强低膨胀玻璃;而用于与金属封接的玻璃则要求有较高的热膨胀系数。

3 玻璃绝缘材料的性质

玻璃的性质主要由玻璃中各种氧化物 (有时也可能是氟化物或氮化物) 的性质和它在玻璃结构中的作用来决定。目前广泛应用的玻璃绝缘材料仍然以硅酸盐和硼酸盐玻璃为主。

(1) 玻璃的电性能。纯净的石英玻璃介电常数约为3.5, 普通硅酸盐玻璃在电场作用下极化显著, 介电常数可达16.0。玻璃的体积电阻率随碱金属含量的增加而降低, 而介损和介电常数则增大。玻璃的耐电压强度与其成分关系不大, 主要与玻璃的气孔率有关。玻璃结构紧密时, 耐压强度很高, 一般在30kV/mm以上。有气泡存在时, 将使电场分布不均匀, 绝缘强度大幅下降。在高频情况下, 玻璃的介损急剧增大, 可能导致热击穿。常温下电介质玻璃有极好的绝缘性能, 温度升高, 其绝缘电阻明显下降, 介损增大。熔化时的绝缘电阻仅为0.1Ω·m。

(2) 玻璃的密度。玻璃的密度是能应用加和性原则来较准确计算的玻璃性质之一, 它与氧化物组分间的关系可用下式较准确地表示:

式中:D———所求玻璃的密度;

P1、P2…Pn———各氧化物的百分含量;

d1、d2…dn———在结合态下的氧化物的密度。

通常酸性氧化物的密度较小, 所以石英玻璃的密度在硅酸盐玻璃中最小。对同一物质而言, 游离态氧化物的密度总是小于结合态时的密度, 因此, 氧化物引入玻璃后, 在玻璃形成过程中, 由于化合物的形成和内部分子的重新排列, 往往会使密度稍有增加。

(3) 玻璃的化学稳定性。绝缘用玻璃对水的稳定性显得最为重要。水分子对玻璃常具有浸蚀作用, 这是因为玻璃中通常含有碱金属氧化物, 当表面吸附有水分时, 水分子可能与这些化合物发生水解作用。空气中的CO2也能伴随水解作用而影响玻璃的稳定性, 这是因为它能与碱性氧化物作用, 生成碱式碳酸盐。由此可见, 玻璃的化学稳定性主要决定于其中能溶解于水的组分和其含量。

(4) 玻璃的机械性能。玻璃的抗压强度远高于抗拉强度, 抗弯强度一般为30～50MPa。玻璃除纤维制品外, 都具有硬脆易裂的特点, 工作中应尽量使其受压应力而不受拉应力, 避免振动和撞击。在机械强度要求较高的条件下, 如高压线路用玻璃绝缘子, 则需进行钢化处理, 使玻璃表面预先产生压应力以提高机械强度。同时, 在玻璃绝缘子的结构设计上, 也应尽量避免玻璃承受拉应力作用。

4 玻璃绝缘材料的应用

目前, 玻璃绝缘材料除了用于制造各种电真空器件、电容器外, 应用最多的是各种发光器件和显示器件的外壳, 以及输电线路中高压电线与铁塔间的绝缘。玻璃纤维因具有耐高温、抗腐蚀、强度高、比重轻、吸湿低、延伸小及绝缘好等一系列优异特性, 也广泛应用于电工、电子绝缘领域。

(1) 钢化玻璃绝缘子。与瓷绝缘子比, 钢化玻璃绝缘子强度是瓷质绝缘子的2倍左右, 耐电击穿性能是瓷质绝缘子的3～4倍。此外, 钢化玻璃绝缘子的耐振动疲劳、耐电弧烧伤和耐冷热冲击性能也都优于瓷质绝缘子。玻璃绝缘子串极间电容C1约100pF (瓷绝缘子串极间电容C1约50pF) , 因此, 玻璃绝缘子串的分布电压也比瓷质绝缘子串均匀, 这有利于降低导线侧、横担侧的绝缘子电压, 减少无线电干扰, 降低电晕损耗, 延长绝缘子的使用寿命, 同时也提高玻璃绝缘子串的闪络电压值。

(2) 发光与显示用玻璃管壳。这类玻璃通常具有很好的透光率、低的热膨胀系数和良好的气密性, 以满足发光元件开闭时的快速升温、降温和最大限度地将光线传输出去的需求。对显示器外壳而言, 紧贴于玻璃管壳内的荧光粉或液晶显示单元与玻璃之间应尽量有一致的热膨胀系数, 以消除热应力, 确保受激发光时的波长和强度, 从而提高显示色彩的保真度。

(3) 热膨胀性玻璃毡。热膨胀性玻璃毡是一种性能独特、用途甚广的新型间隔填充紧固材料, 在电机上可以使用的部位很多。比如:用来制作中型直流电机补偿绕组端线铜排之间的隔离及紧固绝缘垫片;制作大型直流电机换向器竖板根部紧固及加强绝缘;制作交直流电机磁极线圈上下层绝缘垫圈、磁极线圈;制作铁芯之间的衬垫绝缘、定子和电枢上下层线圈间槽内垫条;制作绕组端部之间的间隔垫片或垫块等。

绝缘材料知识(7)棉绸绝缘材料篇9

1 棉绸绝缘材料的特性

1.1 绝缘细布

棉布是棉花经纺织而成。它有较高的力学性能, 富有弹性和延展性, 且有一定的介电性能, 因而适于作电绝缘的结构材料。它们与一般生活和其他工业用的棉布相比有以下特点: (1) 表面光洁、平整; (2) 洁净度高、毛疵少。外来杂质的存在会导致击穿和降低整个绝缘性能; (3) 编制结构均匀, 在一定厚度下具有足够的机械强度。为此, 一般挑选较长的纤维 (如长纤维棉花) 作原料; (4) 含浆量尽量小。当含浆量过大时, 除了保存过程中可能发霉、腐烂外, 还影响浸渍性能, 导致电性能、力学强度的全面恶化, 严重时不能用作绝缘材料; (5) 在拉伸时具有适中的延伸度, 避免在浸渍树脂的过程中受力而变形太大, 影响层压制品生产时的工艺控制; (6) 棉布应为中性。

1.2 绝缘细绸

绸所用的蚕丝是蚕茧解析出来的纤维, 以蛋白质为主要成分。这种纤维的外部和内部性质不同, 外部的胶质物称作丝胶朊, 内部称作丝心朊。丝绸具有良好的绝缘性, 电阻随温度升高、回潮率增加和丝胶含量增多而减小。为了纺制适当的粗细, 将4～5根单丝合捻, 精炼, 将丝胶朊溶解掉, 形成细丝, 一般称作绢丝。

绢丝的质量, 直接影响绸的质量, 按质量要求分成若干等级, 用A表示, A的个数越多 (4个) 说明丝的力学强度越高。同时还有清洁度要求, 这对于漆绸基材甚为重要。绢丝的粗细以“旦尼尔”表示, 450m长, 质量为0.05g的丝称为1旦尼尔[1旦尼尔 (den) =1/9tex], 这与棉纱的表示方法相反, 即数值越高, 绢丝越粗, 其数值在500～700旦尼尔范围内。绢丝有优异的绝缘性能、耐酸性, 与棉纤维比较, 柔性较高, 耐热老化性好。

2 棉绸绝缘材料的应用

棉绸是人们最早使用的一类电气绝缘材料, 它们可以直接使用, 也可以加工成纸、绳或布使用。另外, 也能够与油、树脂、沥青、橡胶等一起作为复合绝缘材料使用。吸湿性的问题可以通过浸含其他绝缘材料来改善。

2.1 棉绸绝缘材料的一般用途

电工白布带是由精梳棉线和棉纱织造而成的白布带, 用于绕组的引线或薄纸板筒的绑扎。白布带分为平纹和斜纹两种, 宽度为25mm, 长度开盘30m左右。

过去一段时间, 变压器绑扎用的绝缘材料有棉布带、紧缩带、半干稀线带、网状半干无纬带、绸带等。虽然布绸比较柔软, 但其机械强度低、易吸潮和耐热性差。

2.2 绝缘漆布用棉布、细绸

绝缘漆布具有良好的力学强度、柔软性和较高的介电性能, 广泛应用于电机、电工仪表、日用电器的线圈包扎、衬垫绝缘和配线绝缘。绝缘漆布、漆绸将其切割成条状用于电机槽绝缘、相间绝缘和衬垫绝缘。切成带状的用于包绕导线绝缘。绝缘漆布可以单独使用或与其他材料制成复合制品。绝缘细布是由棉纤维纺织加工而成, 作漆布基材用。以棉布为基材的漆布质地柔软、力学性能好, 20世纪20年代以来就用于电机、电器绝缘。由于耐热性能低, 易吸潮、不防霉, 并且只能作A级绝缘, 所以目前已逐渐被化学纤维材料所替代。绝缘漆绸适于包绕薄层绝缘电机、电器和电子仪器的线圈, 但也存在上述缺点。绝缘漆布和漆绸的组成、特性和用途如附表所示。

2.3 层压制品用棉绸绝缘材料

层压制品可加工成各种绝缘和结构零部件, 广泛应用在电机、变压器、高低压电器、电工仪表和电子设备中。

棉布具有较高的力学性能, 富有弹性和延展性, 且有一定的介电性能, 其层压制品的粘合强度高, 耐磨, 且易于机械加工。但其耐热性、电气性能和机械性能不如玻璃纤维层压制品, 其电气性能和高频性能又不如纸层压制品, 因而在电工产品中很少使用。

2.4 绝缘棉绸纤维

棉、丝绸常被制成纤维制品用于电气绝缘材料中。在电工绝缘中, 天然纤维材料很少单独用作绝缘材料, 如在电容器、变压器、电力电缆中用的纸布, 总是要浸以各种浸渍剂。把空隙填满或是以绝缘橡皮涂在布带上供绝缘使用。棉纱、棉带是由棉纤维搓合而成, 常用2～3根纱并在一起使用。纱越细, 单位面积的拉应力越大, 一般用它作为电线、电缆及变压器的包扎线或电磁线的编织层。

绸纤维热变性小, 比较耐热。它在加热到100℃时, 只有5～8%左右脆化, 而大多数合成纤维的热变度要比真丝大4～5倍。蚕丝的燃烧温度在300～400℃, 属难燃纤维, 而合成纤维的燃烧温度在200～260℃, 属易燃、易熔材料, 因此, 绸纤维能起到阻燃作用。

3 棉绸绝缘材料的缺点及解决方法

随着薄膜材料和合成纤维的迅速发展, 绝缘漆布和漆绸在某些场合下将部分被取代。同时, 由于耐热性和吸湿性问题, 玻璃纤维和合成纤维布也在逐步取代棉布和丝绸。作为漆布基材的棉布和丝绸具有很大的吸水性, 在水的侵蚀下, 将会迅速失去自己的介电性能, 但浸漆后漆渗透到织物中, 填满空隙, 阻止了水分的侵入, 就能起到绝缘的作用。这就对漆提出了很高的要求:首先要有良好的浸渍性能, 在最小的粘度下含有最大的固体量或较少的溶剂, 以便尽快地渗透到基材中;经过适当干燥, 有良好的介电性能, 同时有良好的耐热性能;在一定温度下, 可长期工作, 而不失去介电性能。为了适用于漆布的应用工艺, 还要求绝缘漆膜具有弹性。