Le domaine des diélectriques est une branche de la physique qui couvre la façon dont les matériaux isolants séparent différentes charges électriques dans un condensateur. Un condensateur est un dispositif avec deux plaques métalliques de charges opposées, avec un matériau isolant diélectrique entre les deux qui maintient les charges séparées. Les propriétés qui affectent les diélectriques peuvent inclure la dilatation thermique, la conductivité thermique et la chaleur spécifique. La force des charges en interaction dans un matériau donné est définie par la constante diélectrique. Tous les matériaux, y compris l’air, l’eau, le verre et différentes parties du corps humain, ont une constante diélectrique spécifique, et les diélectriques ont été utilisés pour développer des supraconducteurs, des systèmes de télécommunication optiques et des dispositifs microélectroniques.
Les solides non métalliques agissent comme des isolants car ils ne conduisent pas bien les charges, de sorte que les charges positives et négatives restent sur les côtés opposés. Les plaques d’un condensateur peuvent être espacées de très petites marges, avec un matériau diélectrique entre les deux, ce qui abaisse la force d’un champ électrique et empêche un court-circuit. La capacité résulte d’un rapport entre la charge et la tension et est mesurée proportionnellement à la constante diélectrique du matériau isolant. Si la charge et la tension sont trop élevées, le matériau diélectrique tombe en panne, les charges ne peuvent plus être séparées et une chaleur suffisante peut s’accumuler pour endommager le condensateur et l’électronique associée.
La science des diélectriques a été utilisée pour fabriquer des cartes de circuits imprimés et les minuscules composants qui y sont montés. Il est également possible de fabriquer des pièces microscopiques à grande vitesse en utilisant des sources lumineuses telles que la lumière visible, la lumière ultraviolette et les rayons X. Les films isolants constitués de polymères complexes agissent également comme diélectriques pour les très petits circuits intégrés et leurs pièces. Des dimensions de circuit plus petites signifient que les courants sont plus susceptibles de fuir, et une augmentation de la chaleur peut endommager considérablement un composant de circuit qui peut à peine être vu à l’œil nu. Les condensateurs de stockage et les mémoires non volatiles utilisent des matériaux à constante diélectrique élevée pour résister aux effets de fortes charges.
Tout, d’un morceau de métal à l’air en passant par l’os humain, est diélectrique et peut stocker une charge électrique. Les scientifiques qui étudient les matériaux nanométriques sont conscients des diélectriques pour aider à comprendre comment l’énergie est stockée dans divers matériaux nanocomposites. Lors de la fabrication de structures à l’échelle nanométrique, les chercheurs peuvent contrôler le nombre de bulles d’air à l’intérieur pour ajuster la constante diélectrique. L’importance de fabriquer des matériaux sans défauts est abordée en utilisant des microscopes spéciaux qui peuvent mesurer les propriétés diélectriques des matériaux isolants. Des matériaux diélectriques microscopiquement minces sont constamment fabriqués avec des propriétés qui conviennent à des applications spécifiques.