電気絶縁体について
電気絶縁体は、簡単に電流が流れることを許さない材料です。これらの絶縁体は高い電気抵抗と低い電気伝導率を持っています。例えば、ゴムは電気ワイヤーやケーブルを絶縁するため、また変圧器、モーター、発電機などの電気機器や装置の製造において広く使用されています。最高の誘電強度を持つ材料は合成ダイヤモンド、またはダイヤモンド様炭素（DLC）と呼ばれ、最大10百万ボルト/ミリメートル（V/mm）の誘電強度を持っており、これは空気の誘電強度の数倍にもなります。
電気絶縁体の理論
絶縁体内の電子の振る舞いは、帯構造理論によって説明されます。この理論によれば、固体内の原子は周期的な格子構造を形成しており、原子内の電子は密接に配置されたエネルギーレベル、または「帯」に占められています。絶縁体では、化学結合に参加する電子を含む価電子帯が完全に満たされている一方で、空の伝導帯は価電子帯から大きなエネルギーギャップによって隔てられています。電気を伝導するためには、電子が満たされた価電子帯から空の伝導帯へ移動する必要があります。絶縁体では、エネルギーギャップを越えて電子を移動させるために必要なエネルギーが非常に高いため、非常に少数の電子しか伝導帯へ移動できず、その結果、材料は電気を伝導しにくいです。
優れた電気絶縁体の例
- ガラス：透明または半透明の固体材料で、窓、レンズ、実験装置などに使用されます。
- セラミック：非金属の無機固体材料で、キャパシターや抵抗などの電気部品によく使用されます。
- ゴム：電気配線やケーブルに使用される弾力性のある絶縁材料です。
- 紙：木材パルプから作られた薄い材料で、電気絶縁や包装によく使用されます。
- PVC：電気ケーブルの絶縁や配管に使用される合成プラスチック材料です。
- テフロン：高温および高周波の電気アプリケーションに使用される合成フッ素ポリマー材料です。
- エポキシ：回路基板やコーティングなど、電気および電子アプリケーションに使用される熱硬化性ポリマー材料です。
- ベークライト：20世紀初頭に電気絶縁体や他のアプリケーションで広く使用された熱硬化性プラスチック材料です。
- オイル：電気変圧器や他の高電圧機器に使用される液体絶縁材料です。
- 空気：キャパシターや他の電気デバイスで誘電媒体として使用される気体絶縁材料です。
電気伝導性による材料の分類
材料は、その電気伝導性に基づいて異なるカテゴリーに分類することができます。ここではいくつかの一般的なカテゴリーを紹介します：
- 導体：銀、銅、アルミニウム、金、鉄など、電気伝導性が高い材料です。
- 絶縁体：ガラス、ゴム、空気、クォーツ、テフロンなど、電気伝導性が低い材料です。
- 半導体：シリコンやゲルマニウムなど、電気伝導性が中間レベルの材料です。
- 超導体：非常に低温で電気抵抗がゼロになる材料です。
- イオニック導体：電解質や塩など、イオンの移動によって電気を伝導する材料です。
