2008高分子科学基础-高分子材料电学性能

对称性愈高，分子极性愈小，介电常数越小
●立构规整性
全同立构高分子上电荷分布最不对称，其介电常数高，间同立构的对称性最好， 介电常数低，无规立构聚合物的介电常数居中。
●极性基团位臵
主链上或与刚性主链相连的极性侧基活动性小，对介电常数Байду номын сангаас响小 侧链上特别是柔性侧链上的极性基团活动性大，对介电常数贡献大
●所处物理状态
电介质的极化是个松弛过程
交变电场下的介电常数常用复数介电常数ε*表示 ε* = ε’ － iε” 实数部分ε’：电场同相位的变化，反映电能的储存，为介电常数实验值 虚数部分ε”：与电场相差900的极化，反映损耗的能量，为损耗因子
ε” =ε’ tanδ tanδ= ε”/ε’
介电损耗
影响介电损耗的因素
①分子结构的影响 分子极性大小和极性基团的密度 极性基团的可动性 ③温度
②频率
④杂质
介电松弛谱
高分子分子运动对时间和温度的依赖性也体现在其介电性质上
介电参数的变化 聚合物的松弛行为
固定频率, 测试聚合物试样介电常数ε’和介电损耗ε”或tanδ随温度的变化
——介电松弛温度谱
固定温度, 测试聚合物试样介电常数ε’和介电损耗ε”或tanδ随外电场频率变化
4.高聚物的静电现象 静电现象：由于摩擦而使物质表面带电的现象 为防止、消除静电，可加抗静电剂
分子极化是介电性能的微观表现，介电常数是介电质极化程
度的量度，是介电性能的宏观反映。
通常情况下，极性及非极性聚合物均为电中性的。外加电场 下聚合物分子中电荷分布发生变化使分子的偶极矩增大，即极化。
电子极化：在外电场中每个原子的价电子云相对于原子核位移而变形
原子极化：外电场造成不同原子核相互间发生位移使分子的电荷分布发生变形
H－C≡C－H
1000 倍催化剂
温度
Ti(OC4H9)4 Al(C2H5)3
无共轭双键的、导电性极差的非极性聚合物中引入的杂质可 被解离而提供导电离子：离子电导 具共轭长链结构的聚合物因其 π 电子的非定域化，电子可在 共轭体系中自由运动：电子传导 材料的导电能力
电阻率ρ物理意义: 单位厚度和单位面积试样的电阻值 (Ω·cm ) 电导率ζ＝ 1 / ρ 单位厚度和单位面积试样的电导值 (Ω-1· cm-1 )
偶极极化：极性分子的正、负电荷中心不重合，自身带有固有偶极子，在电场中 时除产生诱导偶极距外，偶极子沿电场方向择优排列
非极性分子只发生电子和原子极化，∴介电常数较小 极性分子除电子和原子极化，还有偶极极化，∴介电常数较大
介电常数的影响因素
●化学键极性
化学键键矩越大，分子极性越高，介电常数越大
●分子对称性
§3 高分子的电学性质
聚合物在外加电场作用下的行为：
在交变电场中的介电性能； 在弱电场中的导电性能； 在强电场中的电击穿； 聚合物表面的静电现象。
一、聚合物的极化和在交变电场中的介电性能
电介质：电绝缘体，在电场作用下能发生极化，极化程度取决 于电介质的组成、结构和外电场强度。 介电性能：聚合物在外加交流电压时电能的储存和损耗
——介电松弛频率谱
聚合物的多个介电损耗极大值分别对应不同尺寸的运动单元偶极子在电场中的松弛损耗 温度谱从高温到低温 出现的损耗峰依次称为α、β、γ松弛损耗峰 频率谱从低频到高频
2.高分子的导电性 电子必须能不受原子的束缚而能自由移动，要达到此目的 的第一个条件就是这个聚合物应该具有交错的单键与双 键，即共轭双键。
高聚物导电性取决于载流子的密度N、所带电荷量q及其迁移速率v 影响因素：分子结构、杂质、湿度、添加剂
3.高聚物的介电击穿
高聚物在一定电压下为绝缘体，随电压增大并超过某一临界值
时，会出现电阻降至极小，材料从介电状态变成导电状态，在高压 下大量电能迅速释放而使材料局部熔穿，此即介电击穿。导致聚合 物击穿的电压为击穿电压。
带极性基团的聚合物，从玻璃态到高弹态再至粘流态，其介电常数依次提高
●支化、交联、拉伸
支化使分子之间作用减弱，使介电常数上升 交联和拉伸限制链段运动，使介电常数下降。
介电损耗
——在交变电场中，电介质消耗部分电能而发热的现象
产生介电损耗的原因
①电导损耗： 电介质中所含微量导电载流子在外加电场下克服内磨擦阻力 产生电导电流使部分电能转化为热能 ——引起非极性聚合物介电损耗的主要原因 ②极化损耗或偶极损耗： 交变电场下聚合物的各极化作用无法紧跟电场的频率变化而 消耗部分电能克服分子间磨擦阻力，转化为热能。 ——引起极性聚合物介电损耗的主要原因