第8章 高分子材料的电学性能

《第8章 高分子材料的电学性能》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第8章高分子材料的电学性能高分子材料的电学性能是指在外加电场作用下材料所表现出来的介电性能、导电性能、电击穿性质以及与其他材料接触、摩擦时所引起的表面静电性质等。高分子材料可以是绝缘体、半导体、导体和超导体多数高分子材料具有卓越的电绝缘性能，其电阻率高、介电损耗小，电击穿强度高导电高分子的研究和应用近年来取得突飞猛进的发展材料科学与工程学院2本章内容电学性能：主要包括导电性能和介电性能。本章讨论高分子材料的导电、介电机理及其影响因素，导电、介电性能参数的测定与应用，热电性能。高聚物的介电性能高聚物的导电

2、性能与导电高分子材料高聚物的电击穿高聚物的静电作用材料科学与工程学院38.1高聚物的介电性能高聚物在外电场作用下出现的对电能的储存和损耗的性质，称为介电性用介电系数和介电损耗来表示。在外电场的作用下，电介质分子中电荷分布所发生的相应变化称为极化极化决定了高聚物的介电行为材料科学与工程学院4一、分子极化分子极化变形极化或诱导极化电子极化价电子云相对原子核的位移原子极化原子核之间的相对位移取向极化10-15~10-13s10-13s以上10-9s以上界面极化材料科学与工程学院5诱导偶极矩αd称为变形极化率；α

3、1和α2分别为电子极化率和原子极化率材料科学与工程学院6取向极化发生在具有永久偶极矩的极性分子中材料科学与工程学院7非极性分子在外电场中只产生诱导偶极矩极性分子产生的是诱导偶极矩和取向偶极矩之和材料科学与工程学院8高分子链的偶极矩是整个分子链中所有偶极矩的矢量和介质的极化度材料科学与工程学院9二、介电系数真空平板电容器的电容C0与施加在电容器上的直流电压V及极板上产生的电荷Q0材料科学与工程学院10介电系数ε含有电介质电容器的电容与该真空电容器的电容之比介电系数反映了电介质储存电荷和电能的能力可以通过测量

4、电介质介电系数ε求得分子极化率α材料科学与工程学院11非极性介质摩尔折射率对非极性高聚物也是适用的联系着介质的电学性能和光学性能材料科学与工程学院12Debye方程极性电介质非极性介质的摩尔极化强度与温度无关极性介质的摩尔极化强度随温度升高而减小材料科学与工程学院13三、影响高聚物介电系数的因素（1）高聚物分子结构分子极性越大，极化程度越大，介电系数越就越大非极性聚合物，μ=0D，ε=2.0~2.3弱极性聚合物，0<μ≤0.5D，ε=2.3~3.0中等极性聚合物，0.5<μ≤0.7D，ε=3.0~4.0强

5、极性聚合物，μ>0.7D，ε=4.0~7.0材料科学与工程学院14（2）外加电场频率低频电场中，介电系数就是静电场下的数值ε0频率超过某一范围时，介电系数减小。高频电场下，最后只会发生电子极化，介电系数达到最小值。材料科学与工程学院15（3）温度的影响非极性高聚物的介电系数与温度关系不大极性高聚物一般来说在温度不太高时，介电系数增加，到超过一定温度范围后，介电系数减小。材料科学与工程学院16三、介电损耗电介质在交变电场中极化时，会因极化方向的变化而损耗部分能量而发热，称介电损耗。电导损耗：电介质所含的微量

6、导电载流子在电场作用下流动时，因克服电阻所消耗的电能。极化损耗：由于分子偶极子的取向极化造成的。非极性聚合物，电导损耗是主要的。极性聚合物，其主要部分为极化损耗材料科学与工程学院17只有当电场变化速度与微观运动单元的本征极化速度相当时，介电损耗才较大材料科学与工程学院18真空电容器电介质电容器材料科学与工程学院19复介电系数为实数部分，即试验测得的介电系数为虚数部分，称为损耗因子。“纯电容”的电流“纯电阻”的电流材料科学与工程学院20用“电阻”电流与“电容”电流之比表征介质的介电损耗tanδ称介电损耗正切

7、，tanδ的物理意义是在每个交变电压周期中，介质损耗的能量与储存能量之比。tanδ越小，表示能量损耗越小。表示材料介电损耗的大小。材料科学与工程学院21影响聚合物介电性能的因素（1）高聚物的分子结构高分子材料的介电性能首先与材料的极性有关非极性聚合物具有低介电系数（ε约为2）和低介电损耗（tgδ<10-4）；极性聚合物具有较高的介电常数和介电损耗同一聚合物高弹态下的介电系数和介电损耗要比玻璃态下大材料科学与工程学院22大分子交联会妨碍极性基团取向，使介电系数降低支化结构会使大分子间相互作用力减弱，分子链活

8、动性增强，使介电系数增大结晶高聚物在低于熔点温度下，介电系数和介电损耗都随结晶度的提高而下降材料科学与工程学院23（2）温度和交变电场频率的影响材料科学与工程学院24电场频率的影响当电场频率较低时（ω→0，相当于高温），电子极化、原子极化和取向极化都跟得上电场的变化，因此取向程度高，介电系数大，介电损耗小（→0），材料科学与工程学院25温度升高一方面使材料粘度下降，有利于极性基团取向，另一方面又使分子布朗运动加剧，反而不利于取