在电介质物理的发展过程中，有效场或内（电）场问题，始终是个困难的理论问题，曾引起过许多学者的讨论，但一直没有得到圆满的解决。问题是这样提出的，在外电场的作用下，电介质内部发生电极化，整个介质出现宏观电场，但作用在每个分子、原子上使之发生极化的有效场（内场）显然不包括该分子、原子自身极化所产生的电场，因而有效场不等于宏观场。考虑有效场时，必须把所讨论的分子（或原子）排除。对于所讨论的分子（原子）来说，近邻的和远离的其他分子所发生的作用并不相同；远离的只有长程作用，近邻的还有短程作用。在讨论这问题时，H.A.洛伦兹设想以所考虑的分子（原子）为球心，作一球，半径足够大，球外可作为连续介质处理，对球内则必须具体考虑结构。当介质具有对称中心时，洛伦兹得出结论，球内其他分子对中心分子的作用互相抵消，球外则可归结为空球表面的极化在中心所产生的场，即4πP/3（CGS制），其中P 代表介质的极化强度。这叫做洛伦兹有效场或内场，其中E 代表外加电场。实践表明，对于不具固有电矩并有对称中心的介质，洛伦兹有效场是适用的。对于分子具固有电矩的极性介质，洛伦兹场的表示则完全失效。L.昂萨格曾作了讨论，但他的结果只能应用于极性不太强的液体。一般情形下，计算很繁复，问题没有得到圆满的解决。

电介质包括气态、液态和固态等范围广泛的物质。固态电介质包括晶态电介质和非晶态电介质两大类，后者包括玻璃、树脂和高分子聚合物等，是良好的绝缘材料。凡在外电场作用下产生宏观上不等于零的电偶极矩，因而形成宏观束缚电荷的现象称为电极化，能产生电极化现象的物质统称为电介质。电介质的电阻率一般都很高，被称为绝缘体。有些电介质的电阻率并不很高，不能称为绝缘体，但由于能发生极化过程，也归入电介质。通常情形下电介质中的正、负电荷互相抵消，宏观上不表现出电性，但在外电场作用下可产生如下3种类型的变化 ：① 原子核外的电子云分布 产生畸变，从而产生不等于零的电偶极矩，称为畸变极化 ；②原来正、负电中心重合的分子，在外电场作用下正、负电中心彼此分离，称为位移极化；③具有固有电偶极矩的分子原来的取向是混乱的，宏观上电偶极矩总和等于零，在外电场作用下，各个电偶极子趋向于一致的排列，从而宏观电偶极矩不等于零，称为转向极化。电介质极化时，电极化强度矢量P与总电场强度E的关系为P=ε0χeE，ε0为真空电容率，χe为电极化率，εr=1+χe称为相对电容率（见电极化强度 ，电极化率）。电极化率或电容率与外电场的频率有关。对静电场或极低频电场，上述3种极化类型都参与极化过程 ，一定电介质的电容率为常量。电场频率增加时，转向极化逐渐跟不上外电场的变化，电容率变为复数，虚部的出现标志着电场能量的损耗，称为介电损耗。频率进一步增加时，转向极化失去作用，电容率减小。在红外线波段，电介质正、负电中心的固有振动频率往往与外场频率一致，从而产生共振，表现为电介质对红外线的强烈吸收。在吸收区，电容率的实部和虚部均随频率发生大起大落的变化。在可见光波段，位移极化也失去作用，只有畸变极化起作用。光频区域的电容率实部进一步减小，它对应电介质的折射率，虚部决定了对光波的吸收。在强电场（如激光）作用下，极化强度 P 与电场强度E不再有线性关系 ，这使电介质表现出种种非线性效应（见非线性光学）。各向异性晶体的电容率不能简单地用一个数来表示，需用张量表示。

固态电介质分布很广而因具有许多可供利用的性质如电致伸缩、压电性、热电性和铁电性等，引起了广泛的研究，但过去多限于讨论它们的宏观性质。实际上，这些性质是与固体（晶体）内在结构、内部原子（离子）以及电子（主要指束缚电子）的运动密切相关的。固态电介质物理与固体物理、晶体学和光学有着许多交叠的领域；特别是激光出现以后，研究电介质与激光的相互作用，又构成为固态激光光谱学、固态非线性光学和固态光学（固体光学性质）的重要内容。

离子晶体中点阵振动的光频波导致点阵的电极化；这类光频波和离子的位移极化所引起的介电性质和对光的红外吸收与喇曼散射以及一些特殊的光学性质，长期以来就是固体物理的研究对象；也属电介质物理和光学的研究范畴。碱卤晶体中的F 心以及与之相关的各种色心，人们从30年代起，就不断地进行研究，推动了固体物理的发展，对于固体发光、固体激光的发展也起着促进作用。近年来，研究色心激光并发展可调的红外色心激光器是很受重视的课题。为了研究F心，当初所提出关于离子晶体中电子自陷的极化子模型即运动电子和它周围畸变势的总体，已成为探讨离子性介电晶体和带有离子性（键）的半导体包括Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族半导体中电子过程的研究对象。这些也是电介质物理研究的范畴。

固体（晶体）中的电极化过程，实际上是点阵的集体运动。研究电极化的集体运动是固体元激发理论的一部分。极化子就是一种元激发（见固体中的元激发）。按固体元激发理论，固体的介电常数不仅是频率的函数，而且也是极化波矢 k的函数；后者称为空间色散。研究介电函数ε（ω，k）的规律与电极化元激发性质的关系又会使固态电介质物理发展到一个新阶段。

当前固态电介质物理的研究重点，还在于研究无机电介质材料的机电、电光和铁电等性质。

固体中的电极化会引起内应力，从而引起固体的形变；即电致形变。对于一般固体，内应力与外电场强度的二次方成正比，这种电致形变是二阶效应，通称为电致伸缩。除钛酸钡、 锆钛酸铅（PZT）及其复合物等少数晶态材料外，一般电致伸缩效应是很小的。但在巨脉冲的强激光作用下，激光的强电场通过电致伸缩效应，在固体介质中构成甚强的超声行波场，从而引起受激布里渊散射，十分使人注目。利用受激布里渊散射，有可能制成连续可调的激光器。

没有中心反演对称的一些带有离子性（键）的晶体，在电场作用下，内应力与外电场强度成正比，具有一阶的电致形变效应，这个效应显著。这些非中心对称的晶体称为压电晶体；它们在外界压力的作用下，通过内部的电极化过程，使晶体表面出现面电荷，这称为压电效应。压电晶体种类很多，最常见而用得广的有石英、罗谢耳盐、KDP、ADP、LiNbO3、LiTaO3等等。一些具闪锌矿结构的晶体，如GaAs、CuCl、ZnS、lnP等，它们是压电半导体。还有压电陶瓷如 PZT。石英晶体作为无线电频的振荡器，就利用了它的逆压电效应，特别是它的热胀系数很小，具有（机械）稳频作用，在电信上、电子技术上应用很广。罗谢耳盐用作为耳塞听筒或电唱头的材料，是由于它的压电性能强而制作较简易，ADP则是水声（声呐）的听音器的重要材料。应用最广的是压电陶瓷 PZT。研究压电晶片的切型及其振荡模式是40年代以来固体电介质物理的重要课题。压电方面的研究成果在技术上得到广泛的应用，促进了无线电技术、超声技术、水声技术的发展，在激光技术上也有重要应用。

透明的（包括红外透明但可见光区不透明的）压电晶体是电光晶体（具有一阶电光效应），它们的折射率可以通过外加电场而灵敏地改变，在激光调制上有重要的用途。KDP、 CuCl、GaAs等是重要的电光晶体。新型的电光晶体有铌酸锶钡（BSN）、铌酸钡钠（BNN）等。透明的压电陶瓷PLZT也是新型的电光材料。

压电晶体中有重要的一类，具有自发极化并具有较大的热胀系数，称为热电晶体。这类晶体现已成为红外探测的重要材料。原来，晶体处于自发极化状态、表面已经有感应电荷，但这些电荷为吸附着的空气离子所抵消。当温度改变，由于较大的热胀系数，引起较大的形变，从而电极化强度发生显著的变化；这时晶体上的面电荷亦发生显著的变化，能够被探测出来。重要的热电晶体都是铁电体如LiNbO3、TGS和BSN、BNN等。PZT也是重要的热电材料。

介电晶体有很重要的一类，例如BaTiO3、SrTiO3、LiNbO3等，叫铁电体；在各自一定的特征温度（称为铁电的居里温度）之下，晶体中出现自发极化，并且自发极化可以随外电场反向而反向；在交变电场作用下，显示电滞回线。拿钛酸钡来说，它在120℃以上，没有自发极化，晶体结构属立方晶系。当温度降至120℃以下，晶体出现自发极化，与此同时，结构的对称性降低（如温度在5℃以上，则结构属正方系），出现电滞回线，晶体中形成电畴。自发极化的出现，总伴随着结构的变化，对称性的降低（对称性破缺），是一种相变过程。钛酸钡在120℃以上时，晶体中没有自发极化，是为顺电相。顺电相的钛酸钡具有反演对称中心，不是压电晶体。在120℃以下，铁电相的钛酸钡不具有反演对称中心，成为压电晶体、 电光晶体，也是热电晶体。室温下，TGS、LiNbO3也是铁电体。KDP、ADP在室温附近是压电晶体、电光晶体；但KDP在-150℃以下才是铁电体，ADP在-125℃以下是反铁电体。石英与GaAs和CuCl是压电晶体，但不是铁电体。铁电体必是压电体、热电体，如果对光透明的话，也就是电光晶体。BSN、BNN是铁电电光晶体而GaAs、CuCl则是压电电光晶体；前者的工作电压比后者低得多，在这一点上说，前者比后者优越。

研究铁电体的相变即研究自发极化发生的机理是固态电介质物理也是固体物理的主要课题。晶体中自发极化的出现是与点阵振动的某一振动频率〔例如，横光频支（TO）的振动频率〕趋于零值（ωTO→0）有关的。频率趋于零值的振动模式叫做软模。这方面已发展成铁电软模理论。实际上，软模理论对一般固态相变例如合金相变问题也原则上适用。

通常研究电极化问题时，外加电场甚弱、极化强度与外场成正比，这是线性极化。当外场增强，就可能出现非线性极化。但只在非中心对称的压电晶体、铁电晶体中才能观测到二阶的非线性极化，所以，过去已常把压电、铁电材料称为非线性电介质。激光的光电场很强，首先在石英晶体中观察到光倍频现象，其后用KDP、ADP可以很容易实现光倍频和光混频（包括差频与和频）以及参量振荡。利用LiNbO3可以使激光的频率连续可调。这些以及其他一些非线性光学效应的出现，引起了广泛的研究，从而发展为非线性光学学科。石英、KDP、ADP、CuCl、GaAs、LiNbO3、BSN、BNN以及PLZT等就成为非常重要的非线性光学介质。电介质物理与非线性光学有着广阔的交叠领域，但两者研究角度是不同的。电介质物理是研究激光作用下电光介质中的非线性电极化过程与介质结构的关系；把宏观的电光（非线性光学）性能与物质的微观组态联系起来，才可能有的放矢地发展制备出性能优异的非线性光学材料。看来，铁电电光材料会比压电电光材料优越，只是对于一些问题的规律尚掌握得不够，同时由于技术条件的限制，实际和要求之间还存在很大差距（例如，BSN、BNN在性能上远没有达到要求）。

把激光作为工具，研究固态电介质内的电极化过程，这就是固态电介质喇曼光谱的研究。在一定意义上说，这也就是研究点阵振动光频波与激光的相互作用；研究固态电介质中极化元激发（包括极化子,见固体中的元激发）与激光的相互作用。铁电电光的性能比较优越，就是由于晶体中存在自发极化，因此，研究铁电相变前后的（亦即软模的）激光喇曼散射，不仅可以揭示铁电相变过程的规律，而且也可以提供关于铁电电光性能的分析。所以，电介质物理与固态激光光谱学也有着宽广的交叠领域。

这是一类具有长期保持电荷能力的电介质材料的总称。驻极体已发现很久，但在长期发展中，它们似乎只有理论上的意义。直到聚合物驻极体被发现后，由于该材料具有优异的储存电荷能力以及薄膜的可任意弯曲性质，驻极体的研究才受到了人们的重视。聚合物驻极体作为一种新的功能材料也得到了广泛的应用。驻极体能产生约30千伏/厘米的强外电场，使它们能够应用于许多目的。国际上已有用薄膜驻极体制成的话筒商品出售。驻极体的电荷存储性能已被应用于静电摄影术。这方面的技术由于光电导成像的研究有了重要突破，导致了静电复印技术的发展。近年来还利用驻极体制成气体过滤器、光显示系统及辐射计量仪等。商业用的气体过滤器用负电晕驻极纤维材料依靠静电吸力来捕捉微小粒子。

对电介质特殊效应的理论和应用构成了电介质物理学另一方面的研究内容。这些特殊效应包括 ：

一些晶体因受外力而产生形变时，会发生极化现象，在相对两面上形成异号束缚电荷，称为压电效应。压电晶体种类很多，常见的有石英、酒石酸钾钠（罗谢耳盐）、磷酸二氢钾（KDP）、磷酸二氢铵（ADP）、钛酸钡，以及砷化镓、硫化锌等半导体和压电陶瓷等。压电晶体的机械振动可转化为电振动，常用来制造晶体振荡器，其突出优点是振荡频率的高度稳定性，无线电技术中可用来稳定高频振荡的频率，这种振荡器已广泛用于石英钟。压电晶体还普遍用于话筒、电唱头等电声器件中。利用压电现象可测量各种情形下的压力、振动和加速度等。

是压电效应的逆效应。一些晶体在电场作用下会发生伸长或缩短形变，称电致伸缩。利用电致伸缩效应可将电振动转变为机械振动，常用于产生超声波的换能器，以及耳机和高音喇叭等。

除去外电场或外加机械作用后，仍能长时间保持极化状态的电介质称为驻极体。驻极体同时具有压电效应和热电效应。技术上大多采用极性高分子聚合物作为驻极体材料。驻极体能产生30千伏/厘米的强电场。驻极体能存储电荷的性能已被用于静电摄影术和吸附气体中微小颗粒的气体过滤器。

具有自发极化造成的宏观电偶极矩，并具有较大热胀系数的晶体称为热电晶体。处于自发极化状态的热电晶体，在电偶极矩正、负两端表面上本来存在着由极化形成的束缚电荷，但由于吸附了空气中的异号离子而不表现出带电性质。当温度改变时，热电晶体的体积发生显著变化，从而导致极化强度的明显改变，破坏了表面的电中性，表面所吸附的多余电荷将被释放出来，此现象称为热电效应。经人工极化的铁电体和驻极体都具有热电效应。热电效应已用于红外线探测和热成像技术。

热电效应的逆效应，具有电热效应的电介质（多为驻极体）称为电热体。在绝热条件下借助于外电场改变电热体的永久极化强度时，它的温度会发生变化，此称为电热效应。绝热去极化可降低温度，与绝热去磁法（见磁热效应）一样可用来获得超低温。常用的电热材料有钛酸锶陶瓷和聚偏氟乙烯（PVF）等驻极体。

某些各向同性的透明电介质在电场作用下变成光学各向异性的效应。

在一些电介质晶体中存在许多自发极化的小区域，每个自发极化的小区域称为铁电畴，其线度为微米数量级。同一铁电畴内各个电偶极矩取向相同，不同铁电畴的自发极化方向一般不同，因而宏观上总的电偶极矩为零。在外电场作用下各铁电畴的极化方向趋于一致，极化强度 P与电场强度E有非线性关系。在峰值固定的交变电场反复作用下，P与E的关系曲线类似于磁滞回线（见铁磁性），称为电滞回线。以上性质称为铁电性，具有铁电性的电介质称铁电体。当温度升高到某一临界值Tc时，铁电畴互解，铁电性消失 ，铁电体转变为普通顺电性电介质，Tc称为铁电居里温度。铁电体具有很高的电容率。铁电体必定同时具有压电性和热电性。

一些晶体在其内部能形成自发应变的小区域，称为铁弹畴 ，同一铁弹畴内的自发应变方向（畴态）相同，任两个铁弹畴的畴态相同或呈镜面对称。外加应力可使铁弹畴从一个畴态过渡到另一畴态。外应力改变时 ，应变滞后于应力变化，且应力与应变是非线性关系。在周期性外应力作用下，应变与应力的关系曲线类似于磁滞回线，称为力滞回线。以上性质称为铁弹性，具有铁弹性的电介质称为铁弹体。铁弹体的电容率 、折射率 、电导率 、热胀系数、导热系数、弹性模量和电致伸缩率等因方向而异，且这种方向性会随应力而变，利用这些特点在制造力敏器件上有着广泛的应用前景。

电导率很小的电介质用来作为电绝缘材料，称为绝缘体。电介质能够经受而不致损坏的最大电场（约107～108V/m）称为击穿场强，这是绝缘性能好坏的一个重要标志。当外加电场超过此值时，电介质的电导突然增大甚至引起结构损坏或破碎，称为介电击穿。击穿的过程首先是在外电场不变情况下介质中的电流迅速增大。接着在介质中形成导电的沟道。通常在两电极间有一个主沟道和许多分支。沟道中的固体已部分气化形成结构上的损坏。沟道取向与电介质微观结构、杂质、缺陷、外加电极形状等有关。

介电击穿过程很复杂，除与物质本身性质有关外还与样品厚度、电极形状、环境温度、湿度和气压、所加电场波形等有关。实验数据很分散，各种理论模型只能分别在一定范围内说明问题。有三种类型的介电击穿。

电极间介质在一定外加电压作用下，其中不大的电导最初引起较小的电流。电流的焦耳热使样品温度升高。但电介质的电导会随温度迅速变大而使电流及焦耳热增加。若样品及周围环境的散热条件不好，则上述过程循环往复，互相促进，最后使样品内部的温度不断升高而引起损坏。在电介质的薄弱处热击穿产生线状击穿沟道。击穿电压与温度有指数关系，与样品厚度成正比；但对于薄的样品，击穿电压比例于厚度的平方根。热击穿还与介质电导的非线性有关，当电场增加时电阻下降，热击穿一般出现于较高环境温度。在低温下出现的是另一种类型的电击穿。

又称本征击穿。电介质中存在的少量传导电子在强外电场加速下得到能量。若电子与点阵碰撞损失的能量小于电子在电场加速过程中所增加的能量，则电子继续被加速而积累起相当大的动能，足以在电介质内部产生碰撞电离，形成电子雪崩现象。结果电导急剧上升，最后导致击穿。1935年，A.R.希佩尔最先提出电子碰撞电离概念。后来，H.弗罗利希等人曾对击穿场强作过定量计算。开始击穿时电子所须具有的能量称为击穿判据。

在不完整或掺杂单晶和一些非晶态电介质中，缺陷和杂质形成的浅位阱束缚的电子所需激活能要比禁带宽度小很多。受外电场加速的传导电子更容易使这部分电子被激活参与导电而引起击穿。

电击穿的另一种机制是1934年C.曾讷提出来的内部冷发射模型。认为强外电场使能带发生倾斜。因而价带上的电子出现隧道效应。当场强为106V/cm数量级时，电子可通过隧道效应移动几百个原子的距离。在约10-12秒时间内导带就可以出现足够数量的电子而引起击穿。

此外，在强电场下金属电极中的自由电子也可以注入于电介质而参与导电，称为外部冷发射。

在研究碱族卤晶体的电击穿时，还提出了等离子体“电磁箍缩模型”。

电介质中强电场产生的电流在例如高温等某些条件下可以引起电化学反应。例如离子导电的固体电介质中出现的电解、还原等。结果电介质结构发生了变化，或者是分离出来的物质在两电极间构成导电的通路。或者是介质表面和内部的气泡中放电形成有害物质如臭氧、一氧化碳等，使气泡壁腐蚀造成局部电导增加而出现局部击穿，并逐渐扩展成完全击穿。温度越高，电压作用时间越长，化学形成的击穿也越容易发生。

以上各种击穿类型有时是某一种占主要，有时是几种原因的叠加。在击穿过程中也可出现不同类型的变化。研究电介质击穿有重要的科学意义和实用价值。它涉及材料的物质结构、杂质缺陷、能带结构、强场下的载流子输运过程、弛豫机制以及电子与声子、电子与电子间的相互作用等。在实用上，它关系到高电压输送与变换、高能粒子加速器、强激光与物质相互作用以及强场下半导体、电介质的大容量储能和大功率换能等。

研究电介质宏观介电性质及其微观机制以及电介质的各种特殊效应的物理学分支学科。基本内容包括极化机构、标志介电性质的电容率与介质的微观结构以及与温度和外场频率间的关系、电介质的导热性和导电性、介质损耗、介质击穿机制等。此外，还有许多电介质具有的各种特殊效应。