電介質(zhì)材料是電子器件和電力裝備中不可或缺的基礎(chǔ)材料，涉及從能源到國防、從工業(yè)到民用的廣泛領(lǐng)域。器件和裝備的功能性、高效性、穩(wěn)定性和可靠性歸根結(jié)底取決于其內(nèi)部使用的材料種類及性能。傳統(tǒng)電介質(zhì)材料一般可用于電子器件封裝、電力設(shè)備絕緣等，其優(yōu)良的電、熱、機(jī)械性能是保障器件和裝備安全可靠運行的重要基礎(chǔ)； 電介質(zhì)材料也可用于基礎(chǔ)電子元器件中，例如薄膜電容器，在換流閥、逆變器等核心電能轉(zhuǎn)換裝備中，電容器是僅次于絕緣柵雙極晶體管等功率半導(dǎo)體器件的核心電力元件。

近年來，隨著新型電力系統(tǒng)的提出與加速建設(shè)，智能、清潔、安全、高效等已成為電網(wǎng)的主要發(fā)展目標(biāo)。提高電力設(shè)備的可靠性和使用壽命是當(dāng)前的研究重點。為應(yīng)對電力設(shè)備實際運行中的潛在風(fēng)險，提出構(gòu)建智能電網(wǎng)感知系統(tǒng)，通過安裝振動、超聲、溫度等傳感器，實時采集并處理現(xiàn)場信息，實現(xiàn)對電網(wǎng)及設(shè)備運行狀態(tài)的在線監(jiān)測與防護(hù)。若進(jìn)一步將環(huán)境中的機(jī)械能、熱能等能量進(jìn)行有效收集并轉(zhuǎn)換為電能，實現(xiàn)監(jiān)測元件的自供電，則可保證傳感器的長期自主穩(wěn)定工作，提高電網(wǎng)安全性。從另一角度，實現(xiàn)電力設(shè)備本身對損傷的主動規(guī)避、預(yù)警與修復(fù)同樣對保證電網(wǎng)的可靠供電有著重要意義。而上述發(fā)展趨勢下的一系列變革與挑戰(zhàn)，無不對電力裝備與電子器件中使用的電介質(zhì)材料提出了更高的要求。

功能電介質(zhì)，如鐵電材料、壓電材料、熱釋電材料、介電彈性體、納米復(fù)合材料等，可實現(xiàn)光、電、熱、磁、力等不同形式能量的交互與轉(zhuǎn)換或能對光、電、熱、磁、力等外部激勵產(chǎn)生響應(yīng)。這些特性使其不只局限于用作傳統(tǒng)絕緣介質(zhì)，而且在能量收集與轉(zhuǎn)換、傳感、致動、制冷等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用潛力。此外，仿照生命系統(tǒng)設(shè)計的智能響應(yīng)介電材料（自適應(yīng)、自診斷、自修復(fù)材料）能夠有效避免、診斷或修復(fù)電氣或機(jī)械損傷，提高電力設(shè)備本身的可靠性和耐用性，進(jìn)而大幅降低電力系統(tǒng)災(zāi)難性故障發(fā)生的風(fēng)險。

目前，工程學(xué)科相關(guān)課程使用的教材在對電介質(zhì)的闡述部分，基本聚焦在傳統(tǒng)電介質(zhì)極化、損耗、擊穿等性能，主要關(guān)注材料在絕緣方面的應(yīng)用。為了適應(yīng)工程學(xué)科及對應(yīng)行業(yè)的發(fā)展要求，需及時完善和補(bǔ)充功能電介質(zhì)的專業(yè)教材。在此背景下，本書系統(tǒng)介紹了鐵電材料、壓電材料、熱釋電材料、介電彈性體、納米復(fù)合電介質(zhì)材料、智能響應(yīng)材料等功能性電介質(zhì)知識體系，涵蓋基本原理、材料體系、典型應(yīng)用等多個方面。全書共11章，第1章簡述電介質(zhì)的相關(guān)基本概念和經(jīng)典理論，第2、3、4章為鐵電材料部分，第5、6章為壓電材料部分，第7、8章為熱釋電材料部分，第9章為介電彈性體部分，第10章為介電聚合物納米復(fù)合材料部分，第11章為智能響應(yīng)介電絕緣材料部分。書中行文力圖深入淺出，每種功能材料均先從物理/化學(xué)理論基礎(chǔ)、材料種類進(jìn)行概述，隨后介紹其發(fā)展現(xiàn)狀，并最終落腳于其具體應(yīng)用場景。

本書主要面向高等院校工程學(xué)科領(lǐng)域無材料學(xué)、電介質(zhì)物理學(xué)理論基礎(chǔ)或基礎(chǔ)較薄弱的本科生，可幫助初學(xué)者建立對功能電介質(zhì)領(lǐng)域的全面認(rèn)知體系，并了解當(dāng)前該領(lǐng)域的前沿研究現(xiàn)狀和應(yīng)用前景。因此，書中的理論部分在沿用相關(guān)經(jīng)典教材（如《電介質(zhì)物理學(xué)（第二版）》）（殷之文主編）和Dielectric Phenomena in Solids: with Emphasis on Physical Concepts of Electronic Processes（Kwan Chi Kao））結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上，又根據(jù)本書的讀者群體進(jìn)行了調(diào)整和補(bǔ)充。此外，本書在介紹功能電介質(zhì)具體應(yīng)用的過程中更多地選用了近年來最新的研究進(jìn)展，因此也可作為從事功能電介質(zhì)相關(guān)工作的研究生和科研人員的參考讀物。在此，對相關(guān)教材和文獻(xiàn)的作者一并表達(dá)誠摯的謝意！

功能電介質(zhì)領(lǐng)域涉及面廣泛，近年來發(fā)展十分迅速，新的研究成果不斷涌現(xiàn)。由于作者水平有限，時間倉促，書中難免存在錯誤和疏漏之處，懇請讀者提出寶貴意見。

李琦
2024年11月于清華園