高分子导论6电学性能.pptVIP

8.7 高聚物的电学性能 聚合物的电学性能，是指聚合物在外加电场作用下的行为，及其所表现出来的各种物理现象，具体的主要包括： 聚合物在交变电场中的介电性能； 聚合物在弱电场中的导电性能； 聚合物在强电场中的击穿现象； 聚合物表面的静电现象。 具有新的特殊电性能的高分子材料——高分子半导体、导体、光导体、超导体和驻极体（永磁体）。 8.7.1 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 介电 ? 是由高聚物的分子在外电场中 性能 的极化引起的 ? 由介电常数ε和介电损耗tgδ 描述 8.7.1.1 高聚物的极性 正负电荷中心重合——非极性分子， 正负电 荷中心不重合——极性分子 分子极性的强弱——偶极矩μ（德拜 ） 1)非极性分子， μ ＝o，如聚乙烯、聚丁二烯 等． 2)弱极性分子， μ ≤0.5，如聚苯乙烯、天然橡胶等． 3)极性分子， μ 0.5，如聚氯乙烯、尼龙、有机玻璃等． 4)强极性分子， μ 0.7，如酚醛树脂、聚酯、聚乙烯醇等 8.7.1.2 介电性的微观表达——分子极化 概念：介质置于电场中，其分子受外电场作用，分子内电荷分布发生相应改变，导致分子偶极矩增大，这现象称为极化。 分类：诱导极化（电子极化、原子极化）和取向极化 极化分类 电子极化。由原子或离子中价电子云相对于原子核位移而引起的。极化过程非常快，仅l 0-15－10-13s，除去外电场，立即恢复原状，过程中不损耗能量，与温度无关。 原子极化。是分子骨架在电场作用下发生变形而产生的。原子极化所需时间在10-13s以上，伴有微量能量损耗。 取向极化。 是具有永久偶极矩的极性分子沿外电场方向取向而产生的。极性分子旋转取向要克服阻力，需要一定时间和能量，极化时间为10-9s。取向极化大小与湿度和外电场强度有关． 8.7.1.3 介电性的宏观表达——介电常数? 如果在一真空平行板电容器上加以直流电压U，在两个极扳上将产生一定量的电荷Qo，这个真空电容器的电容为: 如果在真空电容器的两极板间充满电介质，这时由于电解质的极化，极板上形成感应电荷，总电荷将增加到Q，电容器的电容C比真空电容增加了?倍: 式中?是一个无因次的纯数称为介电常数，是介电材料的一个十分重要的性能指标。介质极化程度越高，Q越多， ?也越大，故?是衡量介质极化程度的宏观物理量。 介电常数与分子结构的关系 非极性分子只有电子和原子极化， ?较小；极性分子除有上述两种极化外，还有偶极极化，?较大； 分子结构对称、交联、拉伸，?较小． 外电场频率低，三种极化均发生，?高；频率高至近光频范围，只有电子极化，?最小． 温度对非极性聚合物的?影响不大；对极性聚合物则不然，温度不太高时，温度上升，?增大，至一定温度后，温度上升，?反而减小。 8.7.1.3 高聚物的介电损耗tg ? 概念： 电介质在交变电场中，由于消耗一部分电能，电介质本身发热，这种现象就是介电损耗。 产生介电损耗有两个原因: (1)电介质中含有能导电的载流子，它在外加电场的作用下，产生电导电流，消耗掉一部分电能，转化为热能，称为电导损耗。这是非极性聚合物介电损耗的主要因素。 (2)电介质在交变电场下的极化过程中，与电场发生能量交换。取向极化过程是一个松弛过程，电场使偶极子转向时，一部分电能损耗于克服介质的内粘滞阻力上，转化为热量，发生松弛损耗。这是极性聚合物介电损耗的主要因素。 影响介电性能的因素 高聚物的分子结构 非极性高聚物—— 介电常数ε 和介质损耗 tg ? 较低 ε：2?2~2.7 tg ?： ~10-4 极性高聚物—— 介电常数ε 和介质损耗 tg ? 较大 ε：3?0~7.0 tg ?： ~10-1 ~ -3 影响介电性能的因素 温度 T 温度很低： 分子运动松弛时间 ? 电场变化的作用时间 t 极化转向不能进行 tg ??0 温度很高： 分子运动松弛时间 ? 电场变化的作用时间 t 极化转向滯后电场变化极小 tg ? ?0 特定温度：分子运动松弛时间 ? ~ 电场变化的作用时间 t 介质损耗 t g ? 有最大值 影响介电性能的因素 频率很高：tg ? 较小 电场变化的作用时间?分子运动时间