유전율(dielectric constant)을 높이는 방법

  안녕하세요. 눈이 매우 내리는 날씨입니다. 오늘은 유전율을 높이는 방법이 검색 키워드에 있길래 이것에 대해서 이야기해보겠습니다.

 

Fig 1. 파란색-전자, 빨간색-핵 (a) 유전율이 작은 물질, (b) 유전율이 큰 물질

  유전율이 높은 물질은 분극(polarization)이 잘 됩니다. 분극이란 Fig1에서 처럼 외부에서 전기장이 가해질 때 핵에 속박된 전자가 한쪽으로 쏠리는 현상을 말합니다. Fig1의 (b)가 (a) 보다 전자가 더 쏠렸기 때문에 (b)가 더 분극이 더 잘되는 상황입니다.

 

Fig 2. (a) 유전율이 큰 분자, (b) 유전율이 작은 분자

  분극의 개념은 핵에 속박된 전자의 쏠림에서 분자내에 전하(charge)가 쏠리는 현상으로도 확장할 수 있습니다. Fig 2의 (a)를 보시면 분자 내에 불소(fluorine) 원자는 전기 음성도(electronegativity)가 높아 분자의 전자들을 끌어당기는 성질이 있습니다. 반면 수소(hydrogen) 원자는 전기 음성도가 낮아 분자의 전자들을 잘 끌어당기지 못합니다. 그래서 가운데 탄소(carbon)원자들을 중심으로 불소원자가 있는 쪽은 음전하의 성질을 강하게 갖고, 전자가 불소 원자 쪽으로 쏠려버렸기 때문에 수소원자가 있는 쪽은 양전하의 성질을 강하게 갖습니다. 이때 외부에서 전기장이 가해지면 불소 원자 쪽은 +극판 쪽으로, 수소원자 쪽은 -극판 쪽으로 강하게 쏠리는 현상이 발생합니다.

 

  반면 Fig 2의 (b)의 경우에는 가운데 탄소원자들을 중심으로 모두 수소원자가 달려있기 때문에 전자가 어느 한쪽으로 쏠려있지 않습니다. 이런 경우 외부에서 전기장을 가해도 분자내에 극성이 존재하지 않기 때문에 어느 한쪽이 특정한 극판 쪽으로 강하게 쏠리는 현상은 발생하지 않습니다.

 

  이외에도 비공유 전자쌍(lone pair electron)이 많은 경우에 전자의 움직임이 쉬워지기 때문에 유전율이 증가하는 경향이 있습니다.

 

끝.