प्रमुख परावैद्युत सामग्री संधारित्र प्रौद्योगिकी को उन्नत करती है

आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में, कैपेसिटर ऊर्जा भंडारण, सर्किट स्थिरीकरण और शोर फ़िल्टरिंग के लिए मौलिक घटकों के रूप में एक अपरिहार्य भूमिका निभाते हैं। ये बहुमुखी उपकरण माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स से लेकर बड़े पैमाने पर बिजली प्रणालियों तक, विभिन्न क्षेत्रों में अनुप्रयोग पाते हैं। हर कैपेसिटर के केंद्र में डाइइलेक्ट्रिक सामग्री होती है, जो मूल रूप से घटक के प्रदर्शन विशेषताओं और अनुप्रयोग क्षमता को निर्धारित करती है।

कैपेसिटर और डाइइलेक्ट्रिक्स के मूल सिद्धांत

एक कैपेसिटर दो संवाहक प्लेटों से बना होता है जो एक इन्सुलेट डाइइलेक्ट्रिक सामग्री से अलग होते हैं। जब वोल्टेज लगाया जाता है, तो प्लेटों पर विद्युत आवेश जमा हो जाता है, जिससे एक विद्युत क्षेत्र बनता है जो ऊर्जा संग्रहीत करता है। कैपेसिटेंस (C), जिसे फ़ारड्स (F) में मापा जाता है, एक कैपेसिटर की चार्ज-स्टोरेज क्षमता को मापता है और यह तीन प्रमुख कारकों पर निर्भर करता है:

जहां ε डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक का प्रतिनिधित्व करता है, A प्लेट क्षेत्र है, और d प्लेटों के बीच की दूरी है। डाइइलेक्ट्रिक सामग्री दो महत्वपूर्ण कार्य करती है: वे संवाहक प्लेटों के बीच सीधे संपर्क को रोकते हैं, जबकि हवा या वैक्यूम कॉन्फ़िगरेशन की तुलना में कैपेसिटेंस और परिचालन स्थिरता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाते हैं।

महत्वपूर्ण डाइइलेक्ट्रिक गुण

इंजीनियर कई आवश्यक विशेषताओं के आधार पर डाइइलेक्ट्रिक सामग्री का मूल्यांकन करते हैं:

विद्युत गुण

• पारगम्यता (ε): विद्युत क्षेत्रों के तहत एक सामग्री की ध्रुवीकरण क्षमता को मापता है, जो सीधे कैपेसिटेंस को प्रभावित करता है। मान 1 (वैक्यूम) से लेकर कई हजार (विशेषता सिरेमिक) तक होते हैं।
• डाइइलेक्ट्रिक स्ट्रेंथ: अधिकतम विद्युत क्षेत्र (V/mm) जो एक सामग्री ब्रेकडाउन से पहले झेलती है, उच्च-वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है।
• हानि टेंजेंट (tan δ): AC संचालन के दौरान गर्मी के रूप में ऊर्जा के अपव्यय को मापता है, विशेष रूप से उच्च-आवृत्ति सर्किट के लिए महत्वपूर्ण है।
• इन्सुलेशन प्रतिरोध: रिसाव धारा के स्तर को निर्धारित करता है, उच्च मान बेहतर प्रदर्शन का संकेत देते हैं।

पर्यावरण स्थिरता

• तापमान गुणांक: यह बताता है कि तापमान में बदलाव के साथ पारगम्यता कैसे बदलती है।
• आवृत्ति प्रतिक्रिया: परिचालन आवृत्ति रेंज में प्रदर्शन परिवर्तनों की विशेषता बताता है।
• दीर्घकालिक स्थिरता: विस्तारित सेवा अवधि में पैरामीटर स्थिरता को मापता है।

विनिर्माण विचार

• सहिष्णुता: नाममात्र मानों से अनुमेय कैपेसिटेंस विचलन निर्दिष्ट करता है।

सामान्य डाइइलेक्ट्रिक सामग्री

फिल्म डाइइलेक्ट्रिक्स

पॉलीमर फिल्म (PET, PP, PC) सामान्य प्रयोजन के अनुप्रयोगों के लिए मध्यम पारगम्यता, कम नुकसान और अच्छी तापमान स्थिरता के साथ संतुलित प्रदर्शन प्रदान करते हैं।

सिरेमिक डाइइलेक्ट्रिक्स

अकार्बनिक सामग्री (TiO ₂ , BaTiO ₃ ) असाधारण पारगम्यता और वोल्टेज हैंडलिंग प्रदान करते हैं, जिन्हें संरचना और प्रदर्शन विशेषताओं के आधार पर टाइप I-III में वर्गीकृत किया गया है।

अभ्रक डाइइलेक्ट्रिक्स

प्राकृतिक सिलिकेट खनिज उत्कृष्ट उच्च-आवृत्ति प्रदर्शन और थर्मल लचीलापन प्रदान करते हैं, विशेष रूप से सटीक अनुप्रयोगों में मूल्यवान हैं।

वैकल्पिक सामग्री

पेपर डाइइलेक्ट्रिक्स (तेल/रेजिन-इम्प्रिग्नेटेड) लागत-संवेदनशील अनुप्रयोगों की सेवा करते हैं, जबकि गैस डाइइलेक्ट्रिक्स (SF ₆ , N ₂ ) उच्च-वोल्टेज और RF कार्यान्वयन को सक्षम करते हैं।

अभ्रक के अद्वितीय लाभ

• अति-उच्च डाइइलेक्ट्रिक स्ट्रेंथ (>2000 V/mm)
• उच्च दक्षता संचालन के लिए न्यूनतम हानि टेंजेंट
• उत्कृष्ट थर्मल और रासायनिक स्थिरता
• पतले लैमिनेट्स में सटीक निर्माण क्षमता

ये विशेषताएं अभ्रक कैपेसिटर को आदर्श बनाती हैं:

• RF सर्किटरी (ट्रांसमीटर, फिल्टर)
• सटीक माप उपकरण
• उच्च-वोल्टेज बिजली प्रणालियाँ
• एयरोस्पेस और रक्षा इलेक्ट्रॉनिक्स

कैपेसिटर अनुप्रयोग

• पावर कंडीशनिंग: शोर को फ़िल्टर करना और वोल्टेज रेल को स्थिर करना
• सिग्नल प्रोसेसिंग: AC युग्मन और DC अवरोधन
• ऊर्जा भंडारण: पल्स पावर अनुप्रयोग (जैसे, कैमरा फ्लैश)
• समय सर्किट: ऑसिलेटर और टाइमर के लिए RC नेटवर्क
• आवृत्ति चयन: संचार उपकरणों में ट्यूनिंग सर्किट
• पावर सिस्टम: विद्युत ग्रिड में पावर फैक्टर सुधार

भविष्य की तकनीकी दिशाएँ

उभरती हुई कैपेसिटर प्रौद्योगिकियाँ इस पर केंद्रित हैं:

• लघुरूपण: उन्नत सामग्रियों के माध्यम से उच्च आयतनी दक्षता
• बढ़ा हुआ प्रदर्शन: बढ़ी हुई कैपेसिटेंस और आवृत्ति प्रतिक्रिया
• बेहतर विश्वसनीयता: कठोर वातावरण के लिए मजबूत डिजाइन
• स्मार्ट कार्यक्षमता: एकीकृत निदान और स्व-उपचार क्षमताएं

जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम आगे बढ़ते हैं, डाइइलेक्ट्रिक सामग्री और कैपेसिटर आर्किटेक्चर सभी अनुप्रयोग डोमेन में बढ़ती मांग वाले प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए विकसित होंगे।