高聚物的電學(xué)性質(zhì)課件

1、高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件第八章第八章 高聚物的電學(xué)性質(zhì)高聚物的電學(xué)性質(zhì) 材料按其電導(dǎo)率的大小分為絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)材料按其電導(dǎo)率的大小分為絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體和超導(dǎo)體。高聚物電學(xué)性能的范圍是很寬廣的，其體和超導(dǎo)體。高聚物電學(xué)性能的范圍是很寬廣的，其體積電阻率的范圍超過(guò)體積電阻率的范圍超過(guò)20個(gè)數(shù)量級(jí)，介于半導(dǎo)體和絕個(gè)數(shù)量級(jí)，介于半導(dǎo)體和絕緣體之間（詳見(jiàn)下表），高聚物介電常數(shù)的范圍也很緣體之間（詳見(jiàn)下表），高聚物介電常數(shù)的范圍也很廣，從略大于廣，從略大于1到到102之間。之間。體積電阻率體積電阻率(cm)序序 列列高高 聚聚 物物10201010絕絕 緣緣 體體PE、PP等絕大多數(shù)聚合物等絕大

2、多數(shù)聚合物10151010光光 導(dǎo)導(dǎo) 體體聚乙烯咔唑等聚乙烯咔唑等101010-2半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體PA、PDA、PAn、PTh、Ppy、PPV等等10-210-6導(dǎo)導(dǎo) 體體聚聚2-乙烯基吡啶的碘絡(luò)合物、碘摻雜的乙烯基吡啶的碘絡(luò)合物、碘摻雜的PA等等超超 導(dǎo)導(dǎo) 體體正在探索中正在探索中高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件 絕大多數(shù)高聚物是絕緣體，它們具有低的電導(dǎo)率、絕大多數(shù)高聚物是絕緣體，它們具有低的電導(dǎo)率、低的介電損耗、高擊穿強(qiáng)度等優(yōu)異的電學(xué)性能，使得低的介電損耗、高擊穿強(qiáng)度等優(yōu)異的電學(xué)性能，使得高聚物在電氣工業(yè)中成為不可缺少的絕緣材料和介電高聚物在電氣工業(yè)中成為不可缺少的絕緣材料和介電材料。材料。 近

3、年來(lái)已對(duì)高聚物駐極體、光導(dǎo)體、半導(dǎo)體、導(dǎo)近年來(lái)已對(duì)高聚物駐極體、光導(dǎo)體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體甚至是超導(dǎo)體進(jìn)行了廣泛而深入的研究，取得了很體甚至是超導(dǎo)體進(jìn)行了廣泛而深入的研究，取得了很多成就，其中有的已經(jīng)付之實(shí)用。多成就，其中有的已經(jīng)付之實(shí)用。 高聚物的電學(xué)性能是高分子對(duì)外電場(chǎng)作出的響應(yīng)，高聚物的電學(xué)性能是高分子對(duì)外電場(chǎng)作出的響應(yīng)，高聚物對(duì)電場(chǎng)的響應(yīng)可以分為兩個(gè)部分，一是介電性高聚物對(duì)電場(chǎng)的響應(yīng)可以分為兩個(gè)部分，一是介電性能，主要表征的參數(shù)是介電常數(shù)和介電損耗；其二是能，主要表征的參數(shù)是介電常數(shù)和介電損耗；其二是本體導(dǎo)電性能，表征的參數(shù)是電導(dǎo)率和電擊穿強(qiáng)度。本體導(dǎo)電性能，表征的參數(shù)是電導(dǎo)率和電擊穿強(qiáng)度。

4、高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件一、一、 電介質(zhì)在外電場(chǎng)中的極化現(xiàn)象電介質(zhì)在外電場(chǎng)中的極化現(xiàn)象第一節(jié)第一節(jié) 高聚物的極化及介電常數(shù)高聚物的極化及介電常數(shù)(8-1)(8-2)(8-3)(8-4)(8-5)C0為真空電容，為真空電容，U為為直流電壓，直流電壓，Q為產(chǎn)生為產(chǎn)生的電荷，的電荷，S為每個(gè)極為每個(gè)極板的面積，板的面積，d為兩極為兩極板間的距離，板間的距離， C為電為電介質(zhì)電容，介質(zhì)電容， 為介電為介電常數(shù)，無(wú)量綱，表征常數(shù)，無(wú)量綱，表征電介質(zhì)貯存電能能力電介質(zhì)貯存電能能力的大小。的大小。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件二、二、 高分子電介質(zhì)極化現(xiàn)象的分子解釋高分子電介質(zhì)極化現(xiàn)象的分子解釋 鍵的極性強(qiáng)弱

5、和分子的極性強(qiáng)弱，分別用鍵的極性強(qiáng)弱和分子的極性強(qiáng)弱，分別用鍵距鍵距和和分子的偶極距分子的偶極距來(lái)表示：來(lái)表示：d為兩個(gè)正負(fù)電荷中心之間的距離，為兩個(gè)正負(fù)電荷中心之間的距離，q為電荷。為電荷。 偶極矩為矢量，其方向從正電荷到負(fù)電荷，其國(guó)偶極矩為矢量，其方向從正電荷到負(fù)電荷，其國(guó)際單位為庫(kù)侖際單位為庫(kù)侖米，習(xí)慣用德拜米，習(xí)慣用德拜(Debye)，簡(jiǎn)寫(xiě)，簡(jiǎn)寫(xiě)D。 1 Debye=3.3310-30庫(kù)侖庫(kù)侖米米qd(8-8)高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件按按極化機(jī)理極化機(jī)理，分子的極化可分為：，分子的極化可分為： 電子極化電子極化：分子中各原子的價(jià)電子云在外電場(chǎng)的作用：分子中各原子的價(jià)電子云在外電場(chǎng)的作

6、用下，向正極方向偏移，發(fā)生了電子相對(duì)于分子骨架的移下，向正極方向偏移，發(fā)生了電子相對(duì)于分子骨架的移動(dòng)，使分子的正負(fù)電荷中心的位置發(fā)生變化引起的。電動(dòng)，使分子的正負(fù)電荷中心的位置發(fā)生變化引起的。電子極化速度很快，一般在子極化速度很快，一般在10-1510-13s。 原子極化原子極化：分子骨架在外電場(chǎng)作用下發(fā)生變形造成的。：分子骨架在外電場(chǎng)作用下發(fā)生變形造成的。原子極化一般是相當(dāng)小的，只有電子極化的十分之一，原子極化一般是相當(dāng)小的，只有電子極化的十分之一，原子極化所需時(shí)間在原子極化所需時(shí)間在10-13s以上。以上。電子極化和原子極化都是在外加電場(chǎng)的作用下，分子中電子極化和原子極化都是在外加電場(chǎng)的作

7、用下，分子中正負(fù)電荷中心發(fā)生位移或分子變形引起的，稱為正負(fù)電荷中心發(fā)生位移或分子變形引起的，稱為位移極位移極化或變形極化化或變形極化，產(chǎn)生的偶極矩為，產(chǎn)生的偶極矩為誘導(dǎo)偶極矩誘導(dǎo)偶極矩。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件 取向極化（偶極極化）取向極化（偶極極化）：在外電場(chǎng)的作用下，極：在外電場(chǎng)的作用下，極性分子沿外電場(chǎng)的方向排列，產(chǎn)生分子的取向（詳性分子沿外電場(chǎng)的方向排列，產(chǎn)生分子的取向（詳見(jiàn)圖見(jiàn)圖8-3）。取向極化的時(shí)間為）。取向極化的時(shí)間為10-9s。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件誘導(dǎo)偶極矩誘導(dǎo)偶極矩：取向偶極矩取向偶極矩：分子極化分子極化：極性分子在外電場(chǎng)中產(chǎn)生的總的平均偶：極性分子在外電場(chǎng)中產(chǎn)生的

8、總的平均偶極矩是誘導(dǎo)偶極矩和取向偶極矩之和。極矩是誘導(dǎo)偶極矩和取向偶極矩之和。a. 極性分子極性分子 b. 非極性分子（不發(fā)生取向極化）非極性分子（不發(fā)生取向極化） (8-9)(8-10)(8-11)(8-12)式中，式中，ae為電子極化率，為電子極化率， aa為原子極化率，為原子極化率， a為取向極化率。為取向極化率。El為介質(zhì)分子受到的局部電場(chǎng)強(qiáng)度。為介質(zhì)分子受到的局部電場(chǎng)強(qiáng)度。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件界面極化：界面極化：產(chǎn)生于非均相介質(zhì)界面處的極化，是在外產(chǎn)生于非均相介質(zhì)界面處的極化，是在外電場(chǎng)的作用下，電介質(zhì)中的電子或離子在界面處堆集電場(chǎng)的作用下，電介質(zhì)中的電子或離子在界面處堆集的結(jié)

9、果。的結(jié)果。極化強(qiáng)度：極化強(qiáng)度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子偶極矩的矢量和。單位體積內(nèi)分子偶極矩的矢量和。式中式中N為單位體積電介質(zhì)里的分子數(shù)，為單位體積電介質(zhì)里的分子數(shù)， a為分子極化為分子極化率，率， El為介質(zhì)分子受到的局部電場(chǎng)強(qiáng)度。為介質(zhì)分子受到的局部電場(chǎng)強(qiáng)度。lNaEP (8-18)高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件三、三、 介電常數(shù)與分子極化率的關(guān)系介電常數(shù)與分子極化率的關(guān)系 介電常數(shù)是表征極化介質(zhì)的一個(gè)基本參數(shù)，其在介電常數(shù)是表征極化介質(zhì)的一個(gè)基本參數(shù)，其在宏觀上反映了電介質(zhì)材料的極化能力。宏觀上反映了電介質(zhì)材料的極化能力。 分子極化率是反映分子極化特征的微觀物理量。分子極化率是反映分子極化特征的微觀

10、物理量。 介電常數(shù)和分子極化率之間存在一定的關(guān)系，它介電常數(shù)和分子極化率之間存在一定的關(guān)系，它們之間的關(guān)系由們之間的關(guān)系由Clausius-Mosotti 方程方程給出：給出：(8-32)(8-33)(8-34)高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件四、四、 高聚物介電常數(shù)及其與結(jié)構(gòu)的關(guān)系高聚物介電常數(shù)及其與結(jié)構(gòu)的關(guān)系高聚物按高聚物按單體單元偶極距的大小單體單元偶極距的大小，可分為：，可分為：非極性高聚物非極性高聚物 = 0D e e = 2.0 2.3弱極性高聚物弱極性高聚物 0 0.5D e e = 2.3 3.0中等極性高聚物中等極性高聚物 0.5D 0.7D e e = 4.0 7.0可以看出：隨

11、著偶極矩的增加，高聚物的介電常數(shù)逐可以看出：隨著偶極矩的增加，高聚物的介電常數(shù)逐漸增大。漸增大。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件非極性分子非極性分子的偶極距等于零，的偶極距等于零，Clausius-Mosotti 關(guān)系可關(guān)系可寫(xiě)成：寫(xiě)成：對(duì)于極性分子，偶極距的大小與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系對(duì)于極性分子，偶極距的大小與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系：1. 高分子鏈及極性基團(tuán)處在單一構(gòu)象中時(shí)，分子的偶高分子鏈及極性基團(tuán)處在單一構(gòu)象中時(shí)，分子的偶極距可以用重復(fù)單元偶極距的矢量和來(lái)表征。極距可以用重復(fù)單元偶極距的矢量和來(lái)表征。2. 一般情況下，可以用一般情況下，可以用均方偶極距均方偶極距表征高分子的極性。表征高分子的極性。(8-37

12、)高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件高聚物的介電常數(shù)除與偶極距有關(guān)外，還與高分子的高聚物的介電常數(shù)除與偶極距有關(guān)外，還與高分子的其它結(jié)構(gòu)因素其它結(jié)構(gòu)因素有關(guān)：有關(guān)：1. 極性基團(tuán)在分子鏈上的位置極性基團(tuán)在分子鏈上的位置2. 高聚物介質(zhì)所處的物理狀態(tài)高聚物介質(zhì)所處的物理狀態(tài)3. 分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的影響分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的影響4. 交聯(lián)、拉伸和支化的影響交聯(lián)、拉伸和支化的影響高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件第二節(jié)第二節(jié) 高聚物的介電損耗高聚物的介電損耗一、一、 介電損耗產(chǎn)生的原因介電損耗產(chǎn)生的原因介電損耗介電損耗：電介質(zhì)在：電介質(zhì)在交變電場(chǎng)交變電場(chǎng)中，由于消耗一部分電中，由于消耗一部分電能使介質(zhì)本身發(fā)熱的現(xiàn)象。能使介

13、質(zhì)本身發(fā)熱的現(xiàn)象。產(chǎn)生介電損耗的原因產(chǎn)生介電損耗的原因：1. 電導(dǎo)損耗：電介質(zhì)中含有能導(dǎo)電的載流子在外加電電導(dǎo)損耗：電介質(zhì)中含有能導(dǎo)電的載流子在外加電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生電導(dǎo)電流，消耗一部分電能轉(zhuǎn)化為場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生電導(dǎo)電流，消耗一部分電能轉(zhuǎn)化為熱能。熱能。2. 松弛損耗：取向極化是一個(gè)松弛過(guò)程，電介質(zhì)在交松弛損耗：取向極化是一個(gè)松弛過(guò)程，電介質(zhì)在交變電場(chǎng)作用下，偶極子發(fā)生極化時(shí)，一部分電能損耗變電場(chǎng)作用下，偶極子發(fā)生極化時(shí)，一部分電能損耗于克服介質(zhì)的內(nèi)粘滯阻力上，轉(zhuǎn)化為熱能。于克服介質(zhì)的內(nèi)粘滯阻力上，轉(zhuǎn)化為熱能。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件產(chǎn)生介電損耗的條件產(chǎn)生介電損耗的條件： 1.偶極子的運(yùn)動(dòng)與

14、電場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)偶極子的運(yùn)動(dòng)與電場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)同步，無(wú)損耗。同步，無(wú)損耗。2.偶極子在電場(chǎng)的作用下發(fā)生偶極子在電場(chǎng)的作用下發(fā)生強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生介電損耗。強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生介電損耗。3.偶極子不發(fā)生取向極化，能偶極子不發(fā)生取向極化，能量損耗很小。量損耗很小。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件二、二、 介電損耗的表征介電損耗的表征在在真空電容器真空電容器極板上施加一電壓，極板上施加一電壓，就會(huì)就會(huì)對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一電流電流式中式中U0為電壓峰值，為電壓峰值，為交流電壓角頻率為交流電壓角頻率可以看出電流的相位比電壓領(lǐng)先可以看出電流的相位比電壓領(lǐng)先90，只存在無(wú)功的，只存在無(wú)功的電容電流，所以真空電容器不損耗能量。電容電流，

15、所以真空電容器不損耗能量。(8-41)(8-40)高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件如果在真空電容器中引入電介質(zhì)，此時(shí)電容器的電容如果在真空電容器中引入電介質(zhì)，此時(shí)電容器的電容C=*C0， *為復(fù)介電常數(shù)，此時(shí)電容器上的電流：為復(fù)介電常數(shù)，此時(shí)電容器上的電流：Ic相當(dāng)于流過(guò)相當(dāng)于流過(guò)“純電容純電容”的電流，電流和電壓的相位角相差的電流，電流和電壓的相位角相差90，Ir相當(dāng)于流過(guò)相當(dāng)于流過(guò)“純電阻純電阻”的電流，電流和電壓的相位相同。的電流，電流和電壓的相位相同。(8-42)(8-44)高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件介電損耗介電損耗：tg稱為介電損耗角正切，用來(lái)表征材料介電損耗的稱為介電損耗角正切，用來(lái)表征

16、材料介電損耗的大小。大小。介電損耗角正切介電損耗角正切tg的物理意義：每個(gè)周期內(nèi)介質(zhì)損的物理意義：每個(gè)周期內(nèi)介質(zhì)損耗的能量與介質(zhì)貯存的能量的比值。耗的能量與介質(zhì)貯存的能量的比值。(8-46)高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件三、三、 影響介電損耗的因素影響介電損耗的因素1. 分子結(jié)構(gòu)的影響分子結(jié)構(gòu)的影響： 高聚物分子的極性大小、密度、以及極性基團(tuán)高聚物分子的極性大小、密度、以及極性基團(tuán)的可動(dòng)性，決定介電損耗的大?。桓呔畚锓肿訕O性的可動(dòng)性，決定介電損耗的大??；高聚物分子極性越大，極性基團(tuán)密度越大，則介電損耗越大。越大，極性基團(tuán)密度越大，則介電損耗越大。 偶極矩大的高聚物，其介電常數(shù)和介電損耗也偶極矩大的

17、高聚物，其介電常數(shù)和介電損耗也都較大。都較大。 末端極性基團(tuán)對(duì)介電損耗影響不大，對(duì)介電常末端極性基團(tuán)對(duì)介電損耗影響不大，對(duì)介電常數(shù)貢獻(xiàn)較大。數(shù)貢獻(xiàn)較大。 非極性高聚物的非極性高聚物的tg一般在一般在10-4，而極性高聚物的，而極性高聚物的tg一般在一般在10-2。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件2. 頻率的影響頻率的影響在交變電場(chǎng)中介質(zhì)發(fā)生極化，在交變電場(chǎng)中介質(zhì)發(fā)生極化，上式稱為上式稱為Debye色散方程色散方程。式中，式中，*為復(fù)介電常數(shù)，為復(fù)介電常數(shù)，為光頻時(shí)的介電常數(shù)，為光頻時(shí)的介電常數(shù)， s為靜電介電常數(shù)，為靜電介電常數(shù)，為交變電場(chǎng)的角頻率，為交變電場(chǎng)的角頻率， 是平均是平均松弛時(shí)間，或稱為

18、最可幾松弛時(shí)間，松弛時(shí)間，或稱為最可幾松弛時(shí)間，*為偶極松弛時(shí)為偶極松弛時(shí)間，表示在外加電場(chǎng)消失后偶極極化隨時(shí)間指數(shù)衰減間，表示在外加電場(chǎng)消失后偶極極化隨時(shí)間指數(shù)衰減到原始值的到原始值的1/e時(shí)所需的時(shí)間。時(shí)所需的時(shí)間。(8-55)高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件Cole-Cole 圖的方程為：圖的方程為：(8-62)高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件介電常數(shù)和介電損耗頻率的關(guān)系介電常數(shù)和介電損耗頻率的關(guān)系：隨電場(chǎng)頻率的增加隨電場(chǎng)頻率的增加 ，各，各極化過(guò)程將在不同的頻極化過(guò)程將在不同的頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)跟不上電率范圍內(nèi)出現(xiàn)跟不上電場(chǎng)變化的情況，使介電場(chǎng)變化的情況，使介電損耗損耗e e

19、出現(xiàn)極大值；由出現(xiàn)極大值；由于各極化過(guò)程先后完全于各極化過(guò)程先后完全不能進(jìn)行不能進(jìn)行 ，對(duì)介電常數(shù)，對(duì)介電常數(shù)不再有貢獻(xiàn)不再有貢獻(xiàn) ，使介電常，使介電常數(shù)數(shù)e e出現(xiàn)階梯形降落。出現(xiàn)階梯形降落。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件3. 介電常數(shù)和介電損耗與溫度的關(guān)系介電常數(shù)和介電損耗與溫度的關(guān)系： 對(duì)極性高聚物對(duì)極性高聚物：應(yīng)綜合考慮溫度對(duì)分子間作用力的：應(yīng)綜合考慮溫度對(duì)分子間作用力的影響和對(duì)分子取向的影響。一般高聚物，溫度較低影響和對(duì)分子取向的影響。一般高聚物，溫度較低時(shí)，分子間作用力的影響占主導(dǎo)，當(dāng)溫度升高到一時(shí)，分子間作用力的影響占主導(dǎo)，當(dāng)溫度升高到一定范圍時(shí)，分子取向的影響占主導(dǎo)。定范圍時(shí)，分子

20、取向的影響占主導(dǎo)。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件 在給定頻率下，介電常在給定頻率下，介電常數(shù)開(kāi)始隨溫度的升高而增加，數(shù)開(kāi)始隨溫度的升高而增加，進(jìn)一步升溫，介電常數(shù)通過(guò)進(jìn)一步升溫，介電常數(shù)通過(guò)一個(gè)峰值后，緩慢隨溫度的一個(gè)峰值后，緩慢隨溫度的升高而下降。升高而下降。 當(dāng)溫度足夠高時(shí)，電導(dǎo)當(dāng)溫度足夠高時(shí)，電導(dǎo)電流可能成為主要的損耗。電流可能成為主要的損耗。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件4. 電壓的影響電壓的影響外加電壓增大，高聚物的介電損耗增加。外加電壓增大，高聚物的介電損耗增加。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件5. 增塑劑的影響增塑劑的影響： 聚合物聚合物增塑劑體系的極性情況：增塑劑體系的極性情況： 1. 非極

21、性聚合物和非極性增塑劑：加入非極性增非極性聚合物和非極性增塑劑：加入非極性增塑劑可以使介電損耗移向低溫。塑劑可以使介電損耗移向低溫。 2. 極性聚合物和極性增塑劑：介電損耗強(qiáng)度隨組極性聚合物和極性增塑劑：介電損耗強(qiáng)度隨組成變化將出現(xiàn)一個(gè)極小值。成變化將出現(xiàn)一個(gè)極小值。 3. 極性聚合物和非極性增塑劑：極性基團(tuán)濃度隨極性聚合物和非極性增塑劑：極性基團(tuán)濃度隨組成變化而減少，介電損耗峰將單調(diào)的逐漸減小。組成變化而減少，介電損耗峰將單調(diào)的逐漸減小。 4. 非極性聚合物和極性增塑劑：同非極性聚合物和極性增塑劑：同“3”。 上述四種情況下，均會(huì)出現(xiàn)隨增塑劑的加入介電上述四種情況下，均會(huì)出現(xiàn)隨增塑劑的加入介

22、電損耗移向低溫。損耗移向低溫。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件6. 雜質(zhì)的影響雜質(zhì)的影響 雜質(zhì)（合成材料用的引發(fā)劑、催化劑以及各種雜質(zhì)（合成材料用的引發(fā)劑、催化劑以及各種添加劑）對(duì)聚合物的介電損耗有影響，尤其對(duì)于非添加劑）對(duì)聚合物的介電損耗有影響，尤其對(duì)于非極性聚合物而言，雜質(zhì)是引起介電損耗的主要原因。極性聚合物而言，雜質(zhì)是引起介電損耗的主要原因。 導(dǎo)電雜質(zhì)或極性雜質(zhì)會(huì)使介電損耗增加。導(dǎo)電雜質(zhì)或極性雜質(zhì)會(huì)使介電損耗增加。 水能明顯增加聚合物的介電損耗。水能明顯增加聚合物的介電損耗。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件四、四、 高聚物的介電松弛譜高聚物的介電松弛譜 當(dāng)頻率固定時(shí)在某一溫度范圍內(nèi)，或當(dāng)溫度固當(dāng)頻率

23、固定時(shí)在某一溫度范圍內(nèi)，或當(dāng)溫度固定時(shí)在某一頻率范圍內(nèi)，可以得到介電損耗的溫度定時(shí)在某一頻率范圍內(nèi)，可以得到介電損耗的溫度譜和頻率譜。在譜上，高聚物的介電損耗可以出現(xiàn)譜和頻率譜。在譜上，高聚物的介電損耗可以出現(xiàn)一個(gè)以上的極大值，分別對(duì)應(yīng)于不同尺寸運(yùn)動(dòng)單元一個(gè)以上的極大值，分別對(duì)應(yīng)于不同尺寸運(yùn)動(dòng)單元的偶極子在電場(chǎng)中的松弛損耗。的偶極子在電場(chǎng)中的松弛損耗。一般一般峰對(duì)應(yīng)峰對(duì)應(yīng)高分子的鏈段高分子的鏈段運(yùn)動(dòng)的松弛損運(yùn)動(dòng)的松弛損耗，而耗，而、對(duì)對(duì)應(yīng)于較小運(yùn)動(dòng)應(yīng)于較小運(yùn)動(dòng)單元的次級(jí)松單元的次級(jí)松弛損耗。弛損耗。通過(guò)測(cè)量高通過(guò)測(cè)量高聚物的介電聚物的介電松弛譜，可松弛譜，可以研究高聚以研究高聚物的分子運(yùn)物的分

24、子運(yùn)動(dòng)。動(dòng)。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件第三節(jié)第三節(jié) 高聚物的導(dǎo)電性高聚物的導(dǎo)電性一、一、 材料導(dǎo)電性的表征材料導(dǎo)電性的表征 電阻率（電阻率（）和和電導(dǎo)率（電導(dǎo)率（）是表征材料導(dǎo)電性是表征材料導(dǎo)電性的宏觀物理量。物質(zhì)按電導(dǎo)率的大小可以分為的宏觀物理量。物質(zhì)按電導(dǎo)率的大小可以分為絕緣絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體和和超導(dǎo)體超導(dǎo)體。不同材料的電導(dǎo)率和。不同材料的電導(dǎo)率和電阻率數(shù)據(jù)：電阻率數(shù)據(jù)：高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件 材料的導(dǎo)電性是由于物質(zhì)內(nèi)部存在傳遞電流的自材料的導(dǎo)電性是由于物質(zhì)內(nèi)部存在傳遞電流的自由電荷，這些自由電荷包括電子、空穴、正離子、負(fù)由電荷，這些自由電荷包括電子、空穴、正離子、負(fù)

25、離子，統(tǒng)稱為離子，統(tǒng)稱為載流子載流子。(8-70)(8-71)N為單位體積內(nèi)載流子的數(shù)目，為單位體積內(nèi)載流子的數(shù)目，q為每個(gè)載流子所帶電量，為每個(gè)載流子所帶電量，v為載為載流子的遷移速度，流子的遷移速度，S是端面面積，是端面面積， 為載流子的遷移率，為載流子的遷移率，E E為外加為外加電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件材料的電導(dǎo)率：材料的電導(dǎo)率：s s Nq 載流子的遷移率載流子的遷移率 表示單位場(chǎng)強(qiáng)下載流子的遷移速度。表示單位場(chǎng)強(qiáng)下載流子的遷移速度。(8-72)高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件二、二、 高聚物的導(dǎo)電特點(diǎn)高聚物的導(dǎo)電特點(diǎn) 在高聚物中即存在離子電導(dǎo)也存在電子電導(dǎo)，導(dǎo)電在高聚物

26、中即存在離子電導(dǎo)也存在電子電導(dǎo)，導(dǎo)電載流子可以由材料本身產(chǎn)生，也可以來(lái)自材料外部。載流子可以由材料本身產(chǎn)生，也可以來(lái)自材料外部。 1.離子電導(dǎo)離子電導(dǎo)：可以是正和負(fù)離子。：可以是正和負(fù)離子。 帶有強(qiáng)極性原子或基團(tuán)聚合物的本征解離。帶有強(qiáng)極性原子或基團(tuán)聚合物的本征解離。 添加劑、填料、水分及其它雜質(zhì)的解離。添加劑、填料、水分及其它雜質(zhì)的解離。 2.電子電導(dǎo)電子電導(dǎo)：導(dǎo)電載流子可以是電子和空穴。：導(dǎo)電載流子可以是電子和空穴。 共軛聚合物、聚合物的自由基共軛聚合物、聚合物的自由基離子化合物、電子離子化合物、電子轉(zhuǎn)移絡(luò)合物、有機(jī)金屬聚合物等特殊結(jié)構(gòu)的聚合物。轉(zhuǎn)移絡(luò)合物、有機(jī)金屬聚合物等特殊結(jié)構(gòu)的聚合物

27、。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件三、三、 表面電阻率和體積電阻率表面電阻率和體積電阻率 表面電阻率表面電阻率：規(guī)定為單位正方形表面上兩刀形電：規(guī)定為單位正方形表面上兩刀形電極之間的電阻。極之間的電阻。 體積電阻率體積電阻率：體積電流方向的直流場(chǎng)強(qiáng)與該處：體積電流方向的直流場(chǎng)強(qiáng)與該處體積電流密度之比。體積電流密度之比。(8-73)l為刀型電極的長(zhǎng)度，為刀型電極的長(zhǎng)度，b為兩電為兩電極之間的距離。極之間的距離。表面電阻率是沿試樣表面電流表面電阻率是沿試樣表面電流方向的直流場(chǎng)強(qiáng)與該處單位長(zhǎng)方向的直流場(chǎng)強(qiáng)與該處單位長(zhǎng)度的表面電流之比，單位是度的表面電流之比，單位是。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件(8-74)h

28、是試樣的厚度（即兩電極之間的距離），是試樣的厚度（即兩電極之間的距離），S是電極是電極的面積，的面積，U是外加電壓，是外加電壓，Rv是體積電阻，是體積電阻，Iv是體積電是體積電流。流。體積電阻率是體積電流方向的直流場(chǎng)強(qiáng)與該處體積體積電阻率是體積電流方向的直流場(chǎng)強(qiáng)與該處體積電流密度之比，單位是電流密度之比，單位是m。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件四、四、 高聚物的導(dǎo)電性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系高聚物的導(dǎo)電性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 1. 飽和的非極性高聚物具有最好的電絕緣性；飽和的非極性高聚物具有最好的電絕緣性； 2. 極性高聚物電絕緣性次之；極性高聚物電絕緣性次之； 3. 共軛高聚物是高分子半導(dǎo)體材料；共軛高聚物是高分子半導(dǎo)體材料； 4. 電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物和自由基電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物和自由基離子化合物具有離子化合物具有高的電子電導(dǎo)性；高的電子電導(dǎo)性； 5. 有機(jī)金屬聚合物的電子電導(dǎo)增加。有機(jī)金屬聚合物的電子電導(dǎo)增加。高聚物的電學(xué)性質(zhì)PPT課件五、五、 影響高聚物導(dǎo)電性