聚合物的电性能.ppt

第1页，共18页，星期日，2025年，2月5日引言第2页，共18页，星期日，2025年，2月5日引言聚合物的电性能是指在外加电场作用下，材料所表现出来的介电性能、导电性能、电击穿性质以及与其他材料接触、摩擦时所引起的表面静电性质等。交变电场：介电性能弱电场：导电性能强电场：击穿现象摩擦：静电现象第3页，共18页，星期日，2025年，2月5日在外电场作用下，不导电的物体，即电介质，在紧靠带电体的一端会出现异号的过剩电荷，另一端则出现同号的过剩电荷，这种现象称为电介质的极化。聚合物的介电性能主要有以下几种极化：（1）电子极化（2）原子极化（3）偶极极化（4）界面极化前两种为变形极化或者诱导极化，第三种为永久偶极矩的取向极化。第4页，共18页，星期日，2025年，2月5日聚合物的介电性能□电子极化：外电场作用下分子中各个原子或离子的价电子云相对原子核的位移，使分子带上偶极矩。极化过程所需的时间极短，约为10-13~10-15s□原子极化：分子骨架在外电场作用下发生变形造成的，使分子带上偶极矩。如CO2分子是直线形结构O=C=O，极化后变成个，分子中正负电荷中心发生了相对位移。极化所需要的时间约为10-13s并伴有微量能量损耗。第5页，共18页，星期日，2025年，2月5日聚合物的介电性能极性分子本身具有永久偶极矩，通常状态下由于分子的热运动，各偶极矩的指向杂乱无章，因此宏观平均偶极矩几乎为零。当有外电场时，极性分子除发生电子极化和原子极化外，其偶极子还会沿电场方向发生转动、排列，产生分子取向，表现出宏观偶极矩。高分子的极化包括各种运动单元的极化取向极化或偶极极化第6页，共18页，星期日，2025年，2月5日聚合物的介电性能介电常数介电常数：含有电介质的电容器的电容与相应真空电容器的电容之比。第7页，共18页，星期日，2025年，2月5日聚合物的介电性能电介质在交变电场中极化时，会因极化方向的变化而损耗部分能量和发热，称介电损耗。介电损耗产生的原因（1）电导损耗：是指电介质所含的微量导电载流子在电场作用下流动时，因克服电阻所消耗的电能。这部分损耗在交变电场和恒定电场中都会发生。由于通常聚合物导电性很差，故电导损耗一般很小。第8页，共18页，星期日，2025年，2月5日聚合物的介电性能对非极性聚合物而言，电导损耗可能是主要的。对极性聚合物的介电损耗而言，其主要部分为极化损耗。（2）极化损耗：这是由于分子偶极子的取向极化造成的。取向极化是一个松弛过程，交变电场使偶极子转向时，转动速度滞后于电场变化速率，使一部分电能损耗于克服介质的内粘滞阻力上，这部分损耗有时是很大的。第9页，共18页，星期日，2025年，2月5日聚合物的介电性能偶极极化是一个松弛过程，对外场的刺激响应会有滞后，类似于动态粘弹性（a）电场交变频率低，偶极子转向与电场同步变化（b）电场交变频率提高，偶极子转向滞后于电场变化第10页，共18页，星期日，2025年，2月5日聚合物的介电性能都描述高分子运动单元的运动第11页，共18页，星期日，2025年，2月5日聚合物的导电性能体积电阻与表面电阻材料导电性通常用电阻率ρ或电导率σ表示，两者互为倒数关系。按定义有：式中R为试样的电阻，S为试样截面积，d为试样长度（或厚度，为电流流动方向的长度）。第12页，共18页，星期日，2025年，2月5日将聚合物电介质置于两平行电极板之间，施加电压V，测得流过电介质内部的电流称体积电流，按欧姆定律，定义体积电阻等于：体积电阻率是材料重要的电学性质之一。按照的大小，将材料分为导体、半导体、绝缘体和超导体四类：聚合物的导电性能第13页，共18页，星期日，2025年，2月5日