Chap4纤维的电学性质.pptVIP

概述 在纺织技术领域中，利用纺织材料的电学性质，可以间接测量纺织材料的其他性质。 另外，在高技术纤维材料（High—tech fibers）中，纤维的导电、屏蔽、制振等功能均涉及纤维的电学性质。 第一节 纤维的导电性 一、纤维的导电机理 1、纤维导电的一般形式 导电是指带电粒子（或载流子）的定向移动。是指载流子在电场作用下在介质中的迁移。载流子可以是电子、空穴，也可以是离子。在自然界中，物质的电传导的基本方式是：自由电子的定向运动，主要发生在金属类物质中；或电离离子的定向运动，这主要发生在电解溶液中或电离气体中。根据此两种形式，即可将导电分为电子导电和离子导电两种。经典概念认为，不论是何种形式的导电，均需存在带电粒子，或是电子与空穴，或是正负离子。 传导电流 I＝n·q·V0·S n是电位体积（1cm3）内载流子的数目， q是每个载流子所带电荷， V0是载流子的迁移速度。 假定在所加电场下载流子迁移速度正比于所加电场E， 即V0＝μ·E， 则I＝n·q·μ·E·S。 这里μ是载流子的迁移率（厘米2/伏特·秒），是电位梯度E等于一个电位（1伏特/厘米）时载流子迁移速度。 电导率σ[欧姆·厘米]－1定义为在单位电位（电压）下流过每立方厘米材料的电流 I（安培）。是衡量材料电导能力的表观物理量。 σ＝ I ·d/V·S 式中L是物体的厚度（厘米），S是物体的面积（厘米2），V是电位（伏特）。 当介质放入均匀电场时，即E＝V/d， 因此， σ＝n·q·μ 电导率与两个基本参数相关，即单位体积中载流子数目n（厘米－3）和载流子迁移率μ（厘米2/伏特·秒） 纤维的导电能力的大小同样取决于纤维中带电粒子的多少，即载流子的数目n、载流子的迁移速率μ以及这些载流子所带有的电荷q。 研究高聚物电导性就是弄清载流子品种、来源及浓度，它们在材料本体中迁移方式及迁移率大小。 根据电导性的概念，在讨论高聚物的电导性时，必须考虑传导电流的载流子是什么，它们的数目和它们以何种方式在高聚物本体中运动。一般说来，载流子(电子、空穴、离子)可以由材料内部产生，也可以来自材料的外部（例如杂质）。 通常高分子材料的电导率σ＜10－20／Ω·cm以下，为绝缘体。但实际纤维的电导率d＜10－9／Ω·cm，即一般为l0－20＜σ＜10－9。 原因在于纤维不是纯高分子物质，存在水分、杂质等其他分子物质，这导致了纤维的导电性比理论估计值高。并且，纤维的大分子上总是存在一些不稳定的极性基团和原子，而且并非所有的电子都是牢固地束缚在分子和原子上，因此总存在一定的载流子(电子和离子)。这种载流子在外界电场、温度和压力作用下会增多，甚至呈几何级数地增加。所以尽管说纤维是绝缘体，但其绝缘性质是一相对条件值，即具有一定的导电性。 正是这些杂质（少量没有反应的单体、残留的引发剂和其它各种助剂以及高聚物吸附的水气）在电场作用下电离，为高聚物绝缘体提供了载流子的来源。 所以，一般认为高聚物绝缘体的电导是离子型的。在一些特殊情况下，某些外部因素也能引起高聚物非离子型的电导。例如，当测定电压较高时，从电极中可以发射出电子注入高聚物中而成为载流子。 决定电导性的另一因素是载流子的迁移率。载流子在运动时由于相互碰撞以及同原子的碰撞会损失一部分能量，但同时又从外电场获得一部分能量，载流子的迁移率就取决于这两种速度间的平衡。迁移率与高聚物内部自由体积的大小有关。自由体积越大，离子的迁移率越大。电子和空穴的迁移率则相反，分子间堆砌越密，越有利于电子的跃迁，甚至可能产生丌电子云的交叠，形成电子的直接通道。 纤维的导电主要取决于纤维中附属物，其次与纤维分子本身的导电性以及外界条件的作用有关。纤维的导电性指标σ一般在10－9～10－15／Ω·cm。在有抗静电剂，表层易电离物质较高以及水汽分压较大的情况下，纤维的导电性还会大大的提高，有时可达10－7／Ω·cm。 3．纤维导电机理的验证 纤维中导电的主要物质来源于水分、杂质以及其他低分子物质，而这些物质的主要电离或导电形式是离子。所以可以认为，纤维导电的主要机制是离子导电。 首先区别一下电子导电和离子导电的一些特征。 （1）电子导电的特点是： ①分子的相互密集排列有利于电子的“跳跃”通过，甚至能产生电子轨道的交叠，形成电子的直接通道而加快电子的迁移速度，即导电性增加； ②光照物质时电子导电会