电气绝缘材料
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
负电荷密 度大 正电荷 密度大
2012-7-2
分子内氢键、分子间氢键
26
14 2012-7-2
核外多电子的排布顺序
15
2012-7-2
2） 分子结构
（1）分子的形成 原子间同时存在吸引力和 排斥力，在某一距离下两作 用力互相抵消，形成稳定结 合的分子。 （2）原子间作用力 玻恩斥力：原子间距小于 r0，两原子内层电子产生很强 的斥力，电子轨道重合时， 多余电子被推到更高能级。
17 2012-7-2
a. 离子键（600～1000 kJ/mol）
电子发生转移形成正负离子，正负离子的静电
作用使离子间引力与斥力达到平衡，形成离子键。
特点：无方向性
无饱和性
有极性
离子键型化合物特点：密度大、硬度高、难压 缩、不易挥发、熔点高
18 2012-7-2
b. 共价键（60～750kJ/mol）
16
原子间作用力和势能 （平衡位置的原子距离r0晶 格常数，对应结合能最小）
2012-7-2
（3）化学键
定义：
分子（或晶体）中相邻两个或多个原子（离子）
之间的强烈的相互作用，叫做化学键。
化学键的强度为键能（离解1mol化学所需的能
量，单位为kJ/mol），键能越强，分子越稳定。
键长：成键原子的平均核间距，键长↓键能↑ 键角：两个相邻化学键的夹角 键长和键角决定分子的空间构型
共价键和离子键形成分子的过程
20
2012-7-2
共价键和离子键形成的分子
21
2012-7-2
配位键——共价型离子键
形成配位键的条件： 孤对电子 空轨道
NH 4 NH 3 +H
+ +
孤对电子
空轨道
22
2012-7-2
c. 金属键（100～350kJ/mol）
金属原子的外层价
电子受原子核的束缚作
a）促进电力设备的革新与发展
绝缘材料：提高耐热等级、提高绝缘性能
导电材料：高稳定性高电导率的导体
开发新材料 b）使电力设备适应更复杂的运行环境 例如：高温、低温、潮湿、辐射、酸、 碱、臭氧、生物霉变等环境，分析各种因素
4
对材料的影响。
2012-7-2
c）保证电力系统安全、稳定、可靠的运行
高压电力设备的事故中，绝缘故障占一半以
诱导力——极性分子与非极性分子之间 色散力——非极性分子之间
25
2012-7-2
b. 氢键（比范德华力大的
多） H原子与非金属性强的原 子（O、Ｓ、F等）形成共价 键分子时，共用电子对强烈 偏向O、F，使H＋成为几乎裸 露的质子，对另一个分子中 负电荷密度很大的O、Ｓ、Ｆ 产生明显的吸引力。
H 2 O… … H 2 O
《电气功能材料学》
课程特点：
化学、材料、物理、电气等多学科交叉 知识点多而散，逻辑性不强
课程要求：
完成一篇大作业 完成实验——《电气绝缘实验》化学部分
参考资料：
书籍：《电气绝缘材料科学与工程》，巫松桢主编 《电工电子功能材料》，一濑升[日]编著 期刊：《绝缘材料》,《电机工程学报》等
2 2012-7wenku.baidu.com2
用小，因而容易丢失形
成自由电子和金属阳离
子。
自由电子与阳离子
之间的相互作用就构成
了金属键。
23 2012-7-2
金属的特点：
导电性—— 自由电子可在外电场作用下 定向运动形成电流。 延展性——
金属晶体内两层原子间产
生相对滑动，但仍在一定
范围内被自由电子联系在
一起。
（4）分子间作用力
a. 范德华力 比化学键的键能小一～二个数量级 取向力——极性分子之间
上；电压等级每提高一个台阶，绝缘系统就会暴
露出一系列问题；要不断提高运行电压等级，就
要不断发展提高绝缘材料的电气、机械、耐热等
性能。
5
2012-7-2
3.
电工材料的分类与发展
绝缘材料 导电材料 半导体材料 磁性材料 电气功能材料： 纳米电介质 功能陶瓷 传感材料 超导材料 ……
电工材料的分类 研究技术：
子云）
分子结构（化学键形式） 聚集态结构（结晶、无定形） 显微结构组织 复合结构组织
对材料进行改性和开发新型高性能材 料，就 要找到决定材料特性的关键结构层次。 加工工艺与材料的结构的关系：不同
的加工工艺，得到的材料结构一般不同。
9
2012-7-2
5. 物质的结构
1) 原子结构
10
m质子＝m中子＝1.67×10-27 kg， m电子＝9.1×10-31 kg
电子的运动轨迹
电子云——电子在各区域出现的概率
氢原子H的电子云分布图
11
玻尔半径r0=0.53×10-10m
四个量子数：
原子中每个电子的能量不同，能量低的电子离核
近，能量高的离核远；不同轨道对应不同的能级，能
级分布是不连续的——量子化。
主量子数n：表示电子所处的层，离核越远能量越高
角量子数l：同能级中的电子亚层，电子云的形状
磁量子数ml：电子云的不同空间伸展方式，轨道数
自旋量子数ms：同轨道中电子的不同自旋方向，±1/2
12 2012-7-2
电子云轨道（p，d）
苯的电子云形状
13
2012-7-2
多电子原子中的电子排列规则
i）泡利不相容原理 同一个原子里不可能有两个运动状态完全相同 的电子，一个轨道上最多容纳两个自旋方向相反的 电子。 ii）能量最低原理 电子总是先占据能量最低的轨道，依次由低到 高填入各能级。 iii）最多轨道原则 相同能量轨道上，电子排布尽可能分别占据不 同的轨道，并且自旋方向相同。
1. “材料”的概念
“材料”和“物质”的区别
可用的
材料的概念在不断的发展、完善 电工材料学： 材料科学的 材料学： 一个分枝， 研究物质结 以电力系统和设备中涉及 构、性能和用途 的材料为对象，研究其结 的科学。 构（或成分）－性能－工 艺－应用间的关系。
3 2012-7-2
2. 电工材料对电气工程发展的重要性
电子发生偏移，电子云重合，以共用电子对形成 化学键。 化合价：共用电子对的数目 极性： 化学键的极性，由共用电子对是否发生偏移决定 H－F，H－Cl，C＝O 分子的极性，由分子结构对称性决定 H2，CH4，CO2 HCl，PVC 方向性 饱和性 由共价键可形成原子型物质和分子型物质。
19 2012-7-2
分子模拟技术，信息技术，生物工程，纳米技术等
材料的发展历程和趋势：
天然材料——物理加工——化学合成——生物法
6 2012-7-2
4. 本课程的内容
研究材料的结构层次，以及不同层次的结构对 材料性能、加工工艺和应用的影响。 物质的结构决定性质
物质结构的多层次性
7
2012-7-2
原子结构（原子核、电
2012-7-2
分子内氢键、分子间氢键
26
14 2012-7-2
核外多电子的排布顺序
15
2012-7-2
2） 分子结构
（1）分子的形成 原子间同时存在吸引力和 排斥力，在某一距离下两作 用力互相抵消，形成稳定结 合的分子。 （2）原子间作用力 玻恩斥力：原子间距小于 r0，两原子内层电子产生很强 的斥力，电子轨道重合时， 多余电子被推到更高能级。
17 2012-7-2
a. 离子键（600～1000 kJ/mol）
电子发生转移形成正负离子，正负离子的静电
作用使离子间引力与斥力达到平衡，形成离子键。
特点：无方向性
无饱和性
有极性
离子键型化合物特点：密度大、硬度高、难压 缩、不易挥发、熔点高
18 2012-7-2
b. 共价键（60～750kJ/mol）
16
原子间作用力和势能 （平衡位置的原子距离r0晶 格常数，对应结合能最小）
2012-7-2
（3）化学键
定义：
分子（或晶体）中相邻两个或多个原子（离子）
之间的强烈的相互作用，叫做化学键。
化学键的强度为键能（离解1mol化学所需的能
量，单位为kJ/mol），键能越强，分子越稳定。
键长：成键原子的平均核间距，键长↓键能↑ 键角：两个相邻化学键的夹角 键长和键角决定分子的空间构型
共价键和离子键形成分子的过程
20
2012-7-2
共价键和离子键形成的分子
21
2012-7-2
配位键——共价型离子键
形成配位键的条件： 孤对电子 空轨道
NH 4 NH 3 +H
+ +
孤对电子
空轨道
22
2012-7-2
c. 金属键（100～350kJ/mol）
金属原子的外层价
电子受原子核的束缚作
a）促进电力设备的革新与发展
绝缘材料：提高耐热等级、提高绝缘性能
导电材料：高稳定性高电导率的导体
开发新材料 b）使电力设备适应更复杂的运行环境 例如：高温、低温、潮湿、辐射、酸、 碱、臭氧、生物霉变等环境，分析各种因素
4
对材料的影响。
2012-7-2
c）保证电力系统安全、稳定、可靠的运行
高压电力设备的事故中，绝缘故障占一半以
诱导力——极性分子与非极性分子之间 色散力——非极性分子之间
25
2012-7-2
b. 氢键（比范德华力大的
多） H原子与非金属性强的原 子（O、Ｓ、F等）形成共价 键分子时，共用电子对强烈 偏向O、F，使H＋成为几乎裸 露的质子，对另一个分子中 负电荷密度很大的O、Ｓ、Ｆ 产生明显的吸引力。
H 2 O… … H 2 O
《电气功能材料学》
课程特点：
化学、材料、物理、电气等多学科交叉 知识点多而散，逻辑性不强
课程要求：
完成一篇大作业 完成实验——《电气绝缘实验》化学部分
参考资料：
书籍：《电气绝缘材料科学与工程》，巫松桢主编 《电工电子功能材料》，一濑升[日]编著 期刊：《绝缘材料》,《电机工程学报》等
2 2012-7wenku.baidu.com2
用小，因而容易丢失形
成自由电子和金属阳离
子。
自由电子与阳离子
之间的相互作用就构成
了金属键。
23 2012-7-2
金属的特点：
导电性—— 自由电子可在外电场作用下 定向运动形成电流。 延展性——
金属晶体内两层原子间产
生相对滑动，但仍在一定
范围内被自由电子联系在
一起。
（4）分子间作用力
a. 范德华力 比化学键的键能小一～二个数量级 取向力——极性分子之间
上；电压等级每提高一个台阶，绝缘系统就会暴
露出一系列问题；要不断提高运行电压等级，就
要不断发展提高绝缘材料的电气、机械、耐热等
性能。
5
2012-7-2
3.
电工材料的分类与发展
绝缘材料 导电材料 半导体材料 磁性材料 电气功能材料： 纳米电介质 功能陶瓷 传感材料 超导材料 ……
电工材料的分类 研究技术：
子云）
分子结构（化学键形式） 聚集态结构（结晶、无定形） 显微结构组织 复合结构组织
对材料进行改性和开发新型高性能材 料，就 要找到决定材料特性的关键结构层次。 加工工艺与材料的结构的关系：不同
的加工工艺，得到的材料结构一般不同。
9
2012-7-2
5. 物质的结构
1) 原子结构
10
m质子＝m中子＝1.67×10-27 kg， m电子＝9.1×10-31 kg
电子的运动轨迹
电子云——电子在各区域出现的概率
氢原子H的电子云分布图
11
玻尔半径r0=0.53×10-10m
四个量子数：
原子中每个电子的能量不同，能量低的电子离核
近，能量高的离核远；不同轨道对应不同的能级，能
级分布是不连续的——量子化。
主量子数n：表示电子所处的层，离核越远能量越高
角量子数l：同能级中的电子亚层，电子云的形状
磁量子数ml：电子云的不同空间伸展方式，轨道数
自旋量子数ms：同轨道中电子的不同自旋方向，±1/2
12 2012-7-2
电子云轨道（p，d）
苯的电子云形状
13
2012-7-2
多电子原子中的电子排列规则
i）泡利不相容原理 同一个原子里不可能有两个运动状态完全相同 的电子，一个轨道上最多容纳两个自旋方向相反的 电子。 ii）能量最低原理 电子总是先占据能量最低的轨道，依次由低到 高填入各能级。 iii）最多轨道原则 相同能量轨道上，电子排布尽可能分别占据不 同的轨道，并且自旋方向相同。
1. “材料”的概念
“材料”和“物质”的区别
可用的
材料的概念在不断的发展、完善 电工材料学： 材料科学的 材料学： 一个分枝， 研究物质结 以电力系统和设备中涉及 构、性能和用途 的材料为对象，研究其结 的科学。 构（或成分）－性能－工 艺－应用间的关系。
3 2012-7-2
2. 电工材料对电气工程发展的重要性
电子发生偏移，电子云重合，以共用电子对形成 化学键。 化合价：共用电子对的数目 极性： 化学键的极性，由共用电子对是否发生偏移决定 H－F，H－Cl，C＝O 分子的极性，由分子结构对称性决定 H2，CH4，CO2 HCl，PVC 方向性 饱和性 由共价键可形成原子型物质和分子型物质。
19 2012-7-2
分子模拟技术，信息技术，生物工程，纳米技术等
材料的发展历程和趋势：
天然材料——物理加工——化学合成——生物法
6 2012-7-2
4. 本课程的内容
研究材料的结构层次，以及不同层次的结构对 材料性能、加工工艺和应用的影响。 物质的结构决定性质
物质结构的多层次性
7
2012-7-2
原子结构（原子核、电