第十章 聚合物的電性能

第十章聚合物的電性能第一頁，共十八頁，2022年，8月28日引言第二頁，共十八頁，2022年，8月28日引言聚合物的電性能是指在外加電場作用下，材料所表現(xiàn)出來的介電性能、導(dǎo)電性能、電擊穿性質(zhì)以及與其他材料接觸、摩擦?xí)r所引起的表面靜電性質(zhì)等。交變電場：介電性能弱電場：導(dǎo)電性能強(qiáng)電場：擊穿現(xiàn)象摩擦：靜電現(xiàn)象第三頁，共十八頁，2022年，8月28日在外電場作用下，不導(dǎo)電的物體，即電介質(zhì)，在緊靠帶電體的一端會出現(xiàn)異號的過剩電荷，另一端則出現(xiàn)同號的過剩電荷，這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的極化。聚合物的介電性能主要有以下幾種極化：（1）電子極化（2）原子極化（3）偶極極化（4）界面極化前兩種為變形極化或者誘導(dǎo)極化，第三種為永久偶極矩的取向極化。

第四頁，共十八頁，2022年，8月28日聚合物的介電性能□

電子極化：外電場作用下分子中各個(gè)原子或離子的價(jià)電子云相對原子核的位移，使分子帶上偶極矩

。極化過程所需的時(shí)間極短，約為10-13~10-15s□

原子極化：分子骨架在外電場作用下發(fā)生變形造成的，使分子帶上偶極矩

。如CO2分子是直線形結(jié)構(gòu)O=C=O，極化后變成個(gè)，分子中正負(fù)電荷中心發(fā)生了相對位移。極化所需要的時(shí)間約為10-13s并伴有微量能量損耗。

第五頁，共十八頁，2022年，8月28日聚合物的介電性能

極性分子本身具有永久偶極矩，通常狀態(tài)下由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，各偶極矩的指向雜亂無章，因此宏觀平均偶極矩幾乎為零。當(dāng)有外電場時(shí)，極性分子除發(fā)生電子極化和原子極化外，其偶極子還會沿電場方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)、排列，產(chǎn)生分子取向，表現(xiàn)出宏觀偶極矩。高分子的極化包括各種運(yùn)動(dòng)單元的極化取向極化或偶極極化第六頁，共十八頁，2022年，8月28日聚合物的介電性能介電常數(shù)

介電常數(shù)：含有電介質(zhì)的電容器的電容與相應(yīng)真空電容器的電容之比。第七頁，共十八頁，2022年，8月28日聚合物的介電性能電介質(zhì)在交變電場中極化時(shí)，會因極化方向的變化而損耗部分能量和發(fā)熱，稱介電損耗。

介電損耗產(chǎn)生的原因

（1）電導(dǎo)損耗：是指電介質(zhì)所含的微量導(dǎo)電載流子在電場作用下流動(dòng)時(shí)，因克服電阻所消耗的電能。這部分損耗在交變電場和恒定電場中都會發(fā)生。由于通常聚合物導(dǎo)電性很差，故電導(dǎo)損耗一般很小。

第八頁，共十八頁，2022年，8月28日聚合物的介電性能對非極性聚合物而言，電導(dǎo)損耗可能是主要的。對極性聚合物的介電損耗而言，其主要部分為極化損耗。（2）極化損耗：這是由于分子偶極子的取向極化造成的。取向極化是一個(gè)松弛過程，交變電場使偶極子轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度滯后于電場變化速率，使一部分電能損耗于克服介質(zhì)的內(nèi)粘滯阻力上，這部分損耗有時(shí)是很大的。第九頁，共十八頁，2022年，8月28日聚合物的介電性能偶極極化是一個(gè)松弛過程，對外場的刺激響應(yīng)會有滯后，類似于動(dòng)態(tài)粘彈性（a）電場交變頻率低，偶極子轉(zhuǎn)向與電場同步變化（b）電場交變頻率提高，偶極子轉(zhuǎn)向滯后于電場變化第十頁，共十八頁，2022年，8月28日聚合物的介電性能都描述高分子運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)第十一頁，共十八頁，2022年，8月28日聚合物的導(dǎo)電性能體積電阻與表面電阻

材料導(dǎo)電性通常用電阻率ρ或電導(dǎo)率σ表示，兩者互為倒數(shù)關(guān)系。按定義有：

式中R為試樣的電阻，S為試樣截面積，d為試樣長度（或厚度，為電流流動(dòng)方向的長度）。第十二頁，共十八頁，2022年，8月28日將聚合物電介質(zhì)置于兩平行電極板之間，施加電壓V，測得流過電介質(zhì)內(nèi)部的電流稱體積電流，按歐姆定律，定義體積電阻等于：體積電阻率是材料重要的電學(xué)性質(zhì)之一。按照的大小，將材料分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體和超導(dǎo)體四類：聚合物的導(dǎo)電性能第十三頁，共十八頁，2022年，8月28日表面電阻率與聚合物材料抗靜電性能有關(guān)。

在試樣的同一表面上放置兩個(gè)電極，施加電壓V，測得流過電介質(zhì)表面的電流稱表面電流，同理，表面電阻定義為：

聚合物的導(dǎo)電性能第十四頁，共十八頁，2022年，8月28日聚合物的導(dǎo)電性能HidekiShirakawa70年代，發(fā)現(xiàn)了聚乙炔的制備方法，多加了1000倍的催化劑，合成得到了漂亮的銀色薄膜（反式聚乙炔）。AlanG.MacDiarmid利用碘蒸氣改變聚乙炔的性質(zhì)，令他們驚訝的是，反式聚乙炔的導(dǎo)電度因此增加了一百萬倍，變成了導(dǎo)體。導(dǎo)電高分子發(fā)現(xiàn)第十五頁，共十八頁，2022年，8月28日聚合物的導(dǎo)電性能本征型導(dǎo)電高分子高分子的導(dǎo)電性與π-電子的非定域化有關(guān)第十六頁，共十八頁，2022年，8月28日聚合物的導(dǎo)電性能復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是指以絕緣的有機(jī)高分子材料為基體，與其它導(dǎo)電性物質(zhì)以均勻分散復(fù)合、層疊復(fù)合或形成表面導(dǎo)電膜等方式制得的一種有一定導(dǎo)電性能的復(fù)