Das Gebiet der Dielektrika ist ein Teilgebiet der Physik, das sich damit befasst, wie Isoliermaterialien verschiedene elektrische Ladungen in einem Kondensator trennen. Ein Kondensator ist ein Gerät mit zwei Metallplatten mit entgegengesetzter Ladung, mit einem dielektrischen Isoliermaterial dazwischen, das die Ladungen getrennt hält. Eigenschaften, die Dielektrika beeinflussen, können Wärmeausdehnung, Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärme umfassen. Die Stärke der wechselwirkenden Ladungen in einem gegebenen Material wird durch die Dielektrizitätskonstante definiert. Alle Materialien, einschließlich Luft, Wasser, Glas und verschiedene Teile des menschlichen Körpers, haben eine spezifische Dielektrizitätskonstante, und Dielektrika wurden verwendet, um Supraleiter, optische Telekommunikationssysteme und mikroelektronische Geräte zu entwickeln.
Nichtmetallische Feststoffe wirken als Isolatoren, da sie Ladungen nicht gut leiten, sodass positive und negative Ladungen auf gegenüberliegenden Seiten verbleiben. Die Platten in einem Kondensator können in sehr kleinen Abständen voneinander beabstandet sein, mit einem dielektrischen Material dazwischen, wodurch die Stärke eines elektrischen Felds verringert und ein Kurzschluss eines Geräts verhindert wird. Die Kapazität ergibt sich aus einem Verhältnis zwischen Ladung und Spannung und wird proportional zur Dielektrizitätskonstante des Isoliermaterials gemessen. Wenn Ladung und Spannung zu hoch sind, versagt das dielektrische Material, die Ladungen können nicht mehr getrennt werden und es kann sich genug Hitze aufbauen, um den Kondensator und die zugehörige Elektronik zu beschädigen.
Die Wissenschaft der Dielektrika wurde für die Herstellung von Leiterplatten und den daran befestigten winzigen Bauteilen genutzt. Es ist auch möglich, mikroskopische Teile mit hohen Geschwindigkeiten unter Verwendung von Lichtquellen wie sichtbarem Licht, ultraviolettem Licht und Röntgenstrahlen herzustellen. Isolierfolien aus komplexen Polymeren dienen auch als Dielektrika für sehr kleine integrierte Schaltkreise und deren Teile. Kleinere Schaltungsabmessungen bedeuten, dass Ströme mit größerer Wahrscheinlichkeit lecken, und eine Zunahme der Wärme kann eine Schaltungskomponente erheblich beschädigen, die mit bloßem Auge kaum zu erkennen ist. Speicherkondensatoren und nichtflüchtige Speicher verwenden Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstante, um den Auswirkungen starker Ladungen zu widerstehen.
Alles von einem Stück Metall über Luft bis hin zu menschlichem Knochen ist dielektrisch und kann eine elektrische Ladung speichern. Wissenschaftler, die nanoskalige Materialien untersuchen, sind sich der Dielektrika bewusst, um zu verstehen, wie Energie in verschiedenen Nanoverbundmaterialien gespeichert wird. Bei der Herstellung nanoskaliger Strukturen können Forscher kontrollieren, wie viele Luftblasen sich im Inneren befinden, um die Dielektrizitätskonstante anzupassen. Die Bedeutung der fehlerfreien Herstellung von Materialien wird durch den Einsatz spezieller Mikroskope, die die dielektrischen Eigenschaften von Isoliermaterialien messen können, berücksichtigt. Mikroskopisch dünne dielektrische Materialien werden ständig mit Eigenschaften hergestellt, die für bestimmte Anwendungen geeignet sind.