第4章高聚物的电性能

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1、第四章高聚物的电学性能14个物理过程：在外电场作用下，高分子电容器材料储存能量产生极化、消耗电场能量（损耗）、产生微小电流（电导）、在高场作用下发生破坏（击穿）4个参数：介电常数、介电损耗角正切、电导率（电阻率）、电场强度电性能主要是研究这四个参数与四个物理过程之间的相互关系。2绝大多数高聚物是绝缘体(也称电介质)。高聚物的电性能包括介电性质、导电性质、静电现象等。3绝大多数高聚物材料具有卓越的电绝缘性能，如低的电导率、低的介电损耗和高的击穿强度。使高聚物在电子电气工业中成为不可缺少的绝缘材料和介电材料，得到广泛的应用。4高聚物的室温电导率5导电聚合物的应用导电高聚物的应用电子导电高聚物

2、导电材料电极材料电显示材料化学反应催化剂有机分子开关离子导电高聚物代替电解质材料全固态电池氧化还原导电高聚物各种电极材料特种电极修饰材料6用于储能元件(如电容器)时，要求介电常数要大，这使得单位体积中储存的能量大；用于一般绝缘体时，要求介电常数小，以减小流过的电容电流。在一般电气设备中用的电介质和绝缘体，均要求介电损耗小。微波元件中的吸收材料，要求损耗因数大，以便吸收大量电磁能，转变为热能。7介电常数介电损耗高聚物的介电击穿高聚物的电老化高聚物的介电松弛谱介电分析测试技术及仪器动态介电分析在高聚物中的应用8第一节介电常数介电常数的物理含义介质极化介电常数与分子极化率的关系高聚物的介电常数

3、影响高聚物介电常数的因素9ε0称为真空电容率，ε0=8.85×10-12F/m。平行板电容器一、介电常数的物理含义ε即为介电常数，表征电介质贮存电能能力的大小电介质的极化程度越大，则极板上的电荷越多，介电常数也就越大，因此，介电常数反映了电介质的极化程度。10二、介质极化在电场作用下，感应偶极子和/或固有偶极子沿电场方向择优排列的结果，在介质与电极的交界面形成了束缚电荷，这些电荷的极性与电极极性相反，这种现象称为介质极化（polarization）。偶极矩μ偶极矩是一个矢量，其方向由负电荷指向正电荷，单位是德拜(Debye)，。11介质极化示意图12各种介质材料由于其组成结构不同，在相同

4、环境和外电场条件下，它们的极化形式与极化程度也各不相同。根据形成极化的机理不同，可分为电子位移极化、原子位移极化、偶极子转向极化、界面极化等。131.电子位移极化(electronicpolarization)构成原子的电子云在外电场作用下产生了相对于原子核的位移，使正负电荷中心不再重合，于是就形成了感应偶极矩，这种极化称为电子位移极化。电子云的移动很小，运动速度很快，电子极化时间极短，约为10-15s，因此介质材料在1015Hz频率以下的外电场作用下，均会产生电子位移极化。142.原子位移极化(atomicpolarization)在电场作用下，电负性较大的的原子偏向正极，电负性较小的

5、的原子偏向负极，化学键键角发生改变，分子骨架发生变形的极化即原子位移极化。因为原子质量较大，运动速度比电子慢，原子位移极化时间稍长，约为10-13s。15例如CO2分子，本来是O=C=O直线型结构，在外电场中，电负性较大的氧原子略微偏向正极，电负性较小的碳原子略微偏向负极，发生各原子之间的相对位移，结果键角OCO小于180°，使分子的正负电荷中心位置发生变化。16由电子和原子极化产生的偶极矩称为诱导偶极矩μ1。电子极化原子极化位移极化变形极化诱导极化瞬时极化17μ1与电场强度E成正比αd——位移极化率；α1、α2——分别为电子极化率和原子极化率，α1和α2与温度无关。183.偶极子转向极

6、化(orientationpolarization)具有固有(永久)偶极子在电场作用下沿电场方向择优取向而呈现的极化。又称取向极化。由于偶极子转动受到周围分子的阻碍作用，极化形成时间较长，而且分布也很广，约从μs到min以上，其时间长短强烈依赖于分子间的相互作用。这种现象称为介质松弛。故转向极化又称为松弛极化。19由偶极子转向极化得到的转向偶极矩μ2T-绝对温度，μ0-极性分子的永久偶极，E-外电场强度，K-波尔兹曼常数，α0-转向极化率。20非极性电介质分子在外电场中只有诱导偶极矩，其分子极化率；而极性电介质分子在外电场中产生的偶极矩应为诱导偶极矩与转向偶极矩之和，其分子极化率21如果

7、单位体积内有N个分子，每个分子产生的平均偶极矩为μ，则单位体积内的偶极矩P为P称为电介质的极化度或极化强度，它表明在外电场中电介质极化度与分子极化率之间的关系。22非均相介质界面两边的组分具有不同的极性，在电场作用下将引起电荷在两界面处聚集，从而产生极化。这种极化所需要的时间较长，从几分之一秒到几分钟。4.界面极化(interfacialpolarization)23一般非均质聚合物材料如共混聚合物、填充聚合物和泡沫聚合物都能产生界