聚合物的结构与介电性能
第7章__聚合物的电讲解
3 高聚物的介电损耗 3 .1 交变电场与介电损耗 在交变电场中电介质消耗一部分电能而发热的 现象称为介电损耗。 非极性聚合物以电导损耗为主， 极性聚合物以偶极损耗为主.
在交流电场下的介电常数：
实数部分ε’表示与电场同相位的极化，反映电 能的储存，为实验测得的介电常数。虚数部 分ε’’是与电场相差900的极化，反映损耗的能 量，称为损耗因子
第7章 聚合物的电学性能
绝大多数高分子材料具有优良的电绝缘性能。 从日常的电线、电缆绝缘材料到电子附件的 绝缘包封材料均得到广泛的应用，其体积电 阻率范围宽达26个数量级。
高分子半导体、导体、超导体、光导体和 驻极体
聚合物的电学性能是指聚合物在外 加电场作用下的行为，包括在交变电 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及聚合物 表面的静电现象。
7.1 聚合物的介电性能 1 高分子的极化
在外加电场作用下聚合物分子中的电荷分 布发生变化，表现出使分子的偶极矩增大 的现象，称为极化。
极化方式： 电子极化：价电子发生位移 原子极化：原子核发生位移 偶极极化：产生分子取向 界面极化：电子或离子在两相界面上聚集
取向极化 被”冻结”,就 得到驻极体
非极性分子仅产生电子极化和原子极化，称为 变形极化或诱导极化
e电子极化率， a原子极化率
极性分子在电场中取向而产生取向偶极矩
极性分子除在外电场中产生的总偶极矩：
2 聚合物介电常数ε 介电常数ε衡量极化的程度。 介电常数是指电介质在电极极板间的电容c 与在真空中的电容co的比值，是一个无因 次量：
极化程度越大． 介电常数越大， 绝缘性能越差
2.1 高分子结构与 介电常数
2.1.1 高分子极性越大, 介电常数越大
常见高聚物的介电常数
计算值
2.20 2.15 2.55 2.82 2.0 3.20 2.94 3.45
实验值
高聚物
2.3 2.2 2.55 2.6 2.1 2.25 2.6/3.7 3.4
聚α-氯代丙烯酸乙酯 聚甲基丙烯酸乙酯 聚丙烯腈 聚甲醛 聚苯醚 聚对苯二甲酸乙二酯(无定型) 聚碳酸酯 聚已二酰已二胺
计算值
3.20 2.80 3.26 2.95 2.65 3.40 3.00 4.14
''随频率增加存在极大值， ε″
并且，频率较高和较低时为零。
ε′(T1) ε′(T1)
ε′(T1)
ε″(T1) ε″(T1)
ε″(T1)
T1＜T2＜T3
ω
§8-1 高聚物的介电性
△温度对高聚物介电性的影响
对非极性高聚物，温度升高，介电常数下降；对极性高聚物，随温度的升高而出现峰
值。
1
介电2.40
实验值
3.1 2.7/3.4
3.1 3.1 2.6 2.9/3.2 2.6/3.0 4.0
§8-1 高聚物的介电性
▲高聚物的介电损耗（dielectric loss）
△定义 是电介质在交变电场的作用下，将一部分电能转变为 热能而损耗的现象。一般用损耗角的正切值表示。
tan
W VIC
每周期内介电损耗的能量 '' 每周期内介电储存的能量 '
极化机理
电子云的变形
各原子之间的相对位移
极性分子（或偶极子）沿电场方 向转动，从优取向 载流子在界面处聚集产生的极化
特点
极快，10－12～10－15s；无能量损耗； 不依赖温度和频率
稍快， 10－12s；损耗微量能量；不依 赖温度
聚合物的构造与物理化学性质分析方法
高分子吸附剂可用于水处理， 去除重金属离子。
聚合物材料可用于制造可降 解塑料，减少白色污染。
高分子絮凝剂可用于废水处 理，提高水质。
高分子材料在土壤修复中也有 广泛应用，如修复土壤污染和
重金属污染等。
汇报人：XX
聚合物的应用：塑料、纤维、橡胶等材料
聚合物的结构由单体分子通过聚合反应形成 聚合物的结构决定了其物理化学性质和应用领域 聚合物的结构可以分为线型、支链型和网状型 聚合物的结构可以通过化学分析、光谱学和X射线衍射等方法进行表征
聚合反应：通过单体分子间的反应生成高分子化合物 聚合机理：自由基、离子型、配位聚合等不同聚合机理 聚合条件：温度、压力、浓度等对聚合反应的影响 聚合方法：本体聚合、溶液聚合、乳液聚合和悬浮聚合等不同合成方法
聚合物的加工性能：聚合物可以通过各种加工技术，如挤出、注塑、吹塑等，制备成各种形状 和尺寸的制品。
聚合物的功能性：聚合物可以通过添加填料或功能性添加剂来赋予其特定的功能，如导电、抗 菌、防紫外线等。
药物控制释放材料
组织工程和再生医学中的 支架材料
医疗诊断和成像技术中的 高分子材料
生物医用高分子材料在医 疗器械和设备中的应用
介电常数：聚合物在电场中的极化程度可以用介电常数来衡量，介电常数越高，聚合物的介 电性能越好。
静电：聚合物可以积累静电，其带电性能取决于其分子结构和环境条件。
导热性：聚合物的导热性能较差，其导热性能与分子链的刚性和分子间的相互作用有关。
热容：聚合物的热容取决于其化学结构和链段运动
热膨胀：聚合物在加热时会发生膨胀，热膨胀的程度取决于聚合物的种类和结晶度
XX,a click to unlimited possibilities
聚合物的结构与介电性能
聚合物的结构与介电性能
聚合物是一种由大量相同或不同的单体分子通过化学键连接而成的高分子化合物。
聚合物的结构与介电性能密切相关，下面将从分子结构、晶体结构以及分子取向对聚合物的介电性能的影响进行探讨。
首先，聚合物的分子结构对其介电性能有显著影响。
聚合物分子可以分为线性聚合物、分支聚合物和交联聚合物等。
一般来说，线性聚合物的分子结构较为有序，分子排列较为紧密，因此具有较高的介电常数。
而分支聚合物和交联聚合物由于分子结构的复杂性，分子排列较为松散，因此介电常数较低。
其次，聚合物的晶体结构也对介电性能有重要影响。
在晶体结构有序的聚合物中，分子呈现紧密排列的状态，因此分子间相互作用强，介电常数较高。
例如，聚丙烯、聚乙烯等线性聚合物，由于其晶体结构有序，具有较高的介电常数。
而在无规共聚物等非晶态聚合物中，由于分子排列无序，分子间作用较弱，介电常数较低。
最后，分子取向也会对聚合物的介电性能产生影响。
聚合物分子在加工成膜或注塑成型过程中，往往受到流动场的作用，导致分子取向发生改变。
在分子取向较好的聚合物中，分子间的排列更加紧密，分子之间的相互作用增强，因此介电常数较高。
例如，在聚乙烯薄膜的制备过程中，通过拉伸使分子取向，可以显著提高其介电常数。
综上所述，聚合物的结构与介电性能密切相关。
分子结构的有序性、晶体结构的有序性以及分子取向对聚合物的介电常数有重要影响。
在材料设计中，可以通过调控聚合物的分子结构、晶体结构以及分子取向的方法来改变其介电性能。
聚合物电学性能
Chapter10 聚合物的电性能
• 热合PVC等极性材料是适宜的。而PE薄膜等非极 性材料就很难用高频热合。
• 轮胎经高频热处理消除内应力，可大幅度延长使 用寿命。
• 塑料注射成型时常因含水而产生气泡，经高频干 燥能很好解决这个问题。
Chapter10 聚合物的电性能
(3)高聚物的介电松弛谱
□ 高分子分子运动的时间与温度依赖性可在其介电性质上得 到反映。借助于介电参数的变化可研究聚合物的松弛行为。
以上两种极化统称为变形极化或诱导极化 其极化率不随温度变化而变化，聚合物在高频区均能发生变 形极化或诱导极化
Chapter10 聚合物的电性能
• 偶极极化（取向极化）：
是具有永久偶极矩的极性分子沿外场方向排列的现象。极 化所需要的时间长，一般为10-9s，发生于低频区域。
(a)无电场
（b）有电场
图1 偶极子在电场中取向
Chapter10 聚合物的电性能
三、影响聚合物介电性能的因素
• 高分子材料的介电性能首先与材料的极性有关。 这是因为在几种介质极化形式中，偶极子的取向 极化偶极矩最大，影响最显著。
• 决定聚合物介电损耗大小的内在因素： ①分子极性大小和极性基团的密度 ② 极性基团的可动性
Chapter10 聚合物的电性能
Chapter10 聚合物的电性能
• 介电损耗温度谱示意图
在这些图谱上，高聚物的介电损耗一 般都出现一个以上的极大值，分别对 应于不同尺寸运动单元的偶极子在电 场中的介电损耗(因偶极子的取向极化 过程伴随着分子运动过程，运动模式 各异，其松弛时间也不一致,其受阻程 度不同)按照这些损耗峰在图谱上出现 的先后，在温度谱上从高温到低温， 在频率谱上从低频到高频，依次用、 、命名。
高聚物的介电常数与结构的关系
高聚物的介电常数与结构的关系高分子材料作为一类重要的材料，在电子器件、能源存储等领域具有广泛的应用前景。
其中，高聚物的介电常数是一个非常重要的性质，它直接影响着高聚物材料在电子器件中的性能表现。
本文将探讨高聚物的介电常数与结构之间的关系。
首先，介电常数是衡量材料电绝缘性能的一个重要指标，它反映了材料在电场中储存和释放电能的能力。
对于高聚物材料来说，介电常数的值通常较高，因为高聚物分子链中存在着大量的极性基团。
这些极性基团能够极化，并在外界电场作用下产生电偶极矩，从而实现电能的储存和释放。
其次，高聚物的结构对其介电常数有着直接的影响。
高聚物的结构可以分为线性结构、分支结构和网络结构等。
一般情况下，线性结构的高聚物具有较低的介电常数，而分支结构和网络结构的高聚物则具有较高的介电常数。
这是因为分支结构和网络结构的高聚物具有更多的分子运动自由度，能够更好地响应外界电场的作用，从而实现更高的电极化程度。
此外，高聚物中的官能团和侧链结构也会对介电常数产生影响。
官能团和侧链结构的引入可以改变高聚物的极性，从而影响其分子极化能力。
一些具有极性官能团的高聚物，如羟基、酮基和醚基等，在外界电场作用下能够更容易地产生分子极化，从而具有较高的介电常数。
最后，高聚物的晶型结构和晶化程度也会对介电常数产生一定的影响。
晶型结构的不同会导致高聚物分子链的排列方式发生变化，从而影响其分子极化能力。
晶化程度的提高则意味着高聚物分子链的有序程度增加，分子极化能力也相应增强，因此介电常数也会有所增加。
综上所述，高聚物的介电常数与其结构密切相关。
高聚物的结构、官能团和晶型结构等因素都会对介电常数产生影响。
对于高聚物材料的设计和制备来说，需要充分考虑这些因素，以达到所需的介电常数和电子器件性能要求。
随着对高分子材料性质研究的不断深入，相信我们对高聚物的介电常数与结构之间的关系会有更深入的认识。
聚合物的结构与介电性能
电子极化
极
化
原子极化
类
取向极化
型
界面极化
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
电子极化
价电子云 相对原子 核的位移
极化过程：10-15~10-13s
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
原子极化
分子骨架在 外电场下发 生变形
极化过程一般 10-13s
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
取向极化
极性分子 延外场方 向排列
• 玻璃态：链段运动被冻结，结构单元上的极性基团取向受链 段牵制，取向能力低，对介电常数影响小
• 高弹态：链段活动能力大，极性基团取向受链段牵制较小， 对介电常数影响大。高弹态下，介电常数、损耗角大于玻璃 态
介电常数 聚氯乙烯
聚酰胺
玻璃态 3.5 4.0
高弹态 15 5.0
2.频率与温度
εs
ε’
ε”
氟原子具有较强的电负性, 可以降低高 分子的电子和离子的极化率, 达到降低 高分子介电常数的目的。同时, 氟原子 的引入降低了高分子链的规整性, 使得 高分子链的堆砌更加不规则, 分子间空 隙增大而降低介电常数。含氟聚酰亚胺 材料的介电常数为2.3 ～ 2 .8.
赵春宝,绝缘材料，2010：33
降低聚合物材料介电常数的方法
不同BaTiO3含量对BaTiO3-Epoxy 复合材料 的电导率随频率的变化
介电损耗分析
★随着BaTiO3含量 ，介电损耗 但是在体积含量低30 vol% 时， 介电损耗小
★随着频率 ,介电损耗
➢ 填充量过高，会使填料分散不 均匀，增加其界面极化，因此 介电损耗增加。
不同BaTiO3 含量对BaTiO3-Epoxy 复合材料的 介电损耗的影响
高分子物理知识点
高分子物理知识点高分子物理是研究聚合物分子在物理场中的行为和性质的学科。
聚合物是由一些单体分子通过化学键结合而成的巨大分子，其分子量多数达到百万或以上。
高分子物理的研究范围主要包括聚合物的物理结构、热力学性质、电学性质、机械性质、输运性质、光学性质等方面。
一、聚合物的物理结构聚合物的物理结构是指聚合物高分子链的构象状态。
聚合物高分子链的构象状态受到其化学结构、聚合反应的条件、处理温度等多种因素的影响。
根据高分子链形态的不同，可将聚合物的物理结构分为直线型、支化型和交联型。
1. 直线型聚合物物理结构直线型聚合物是高分子链结构较为简单、规则的聚合物。
它通常由一根直线型链构成，其中的结构单元重复出现，链端没有分支或交联结构。
高分子的线密度、分子量和分子结构对其物理性质有很大的影响。
2. 支化型聚合物物理结构支化型聚合物指非直线型、分子链有分支结构的聚合物。
分支结构对于聚合物的物理性质有很大的影响，由于支化结构的存在，使得聚合物高分子链的平均距离更大，聚合物的分子间距离变大，导致其性能发生变化。
支化型聚合物化学结构和分支类型的不同，会对聚合物的物理性质产生巨大的影响。
3. 交联型聚合物物理结构交联型聚合物是由互相交联的高分子链构成的聚合物。
它们通常具有三维结构，分子间有交联点连接。
交联型聚合物的物理性质比支化型聚合物更为复杂。
不同交联密度、交联桥、交联方式等会对其物理性质产生很大的影响。
二、热力学性质聚合物的热力学性质主要包括相变、热力学函数、相平衡、玻璃化转变等方面。
1. 相变相变是指物质从一个物理状态到另一个物理状态的变化。
聚合物相变通常指聚合物高分子间和高分子和外界环境间的相变。
聚合物的相变通常与聚合物的物理结构、温度和压强等相关。
2. 热力学函数热力学函数是描述物质宏观性质的基本物理量，它包括熵、焓、自由能等，具体热力学函数的选择取决于所研究的问题和体系。
3. 相平衡聚合物在不同温度和压强下处于不同的相态平衡中，可以通过研究相平衡来揭示聚合物的热力学性质。
高分子聚合物基本性能
高分子聚合物基本性能
高分子聚合物是一类由长链分子构成的化合物，具有许多特殊的物理和化学性质。
下面将介绍高分子聚合物的一些基本性能。
1. 强度和刚度
高分子聚合物的强度和刚度可以根据其分子结构和化学组成来衡量。
通常，高分子的分子量越高，其强度和刚度也越高。
此外，分子的排列和结晶性质也会对强度和刚度产生影响。
一些常见的高分子材料，如聚丙烯和聚乙烯，具有较高的强度和刚度，适用于结构性应用。
2. 耐热性和耐寒性
高分子聚合物的耐热性和耐寒性是衡量其在不同温度条件下性能稳定性的重要指标。
一些高分子聚合物材料在高温下可能会软化或熔化，而在低温下可能会变脆。
根据具体应用的需求，可以选择适合高温或低温环境的高分子材料。
3. 耐化学性
高分子聚合物通常具有较好的耐化学性，能够抵抗酸、碱、溶
剂等化学物质的侵蚀。
不同的高分子聚合物对于不同化学物质的耐
受性不同，因此在特定的环境中需选择适宜的高分子材料。
4. 电绝缘性和介电性能
由于高分子聚合物大多为非金属材料，它们具有良好的电绝缘
性能和介电性能。
这使得高分子聚合物广泛应用于电子和电气领域，例如制造绝缘材料和电子器件。
5. 可塑性和加工性
高分子聚合物具有良好的可塑性和加工性，能够通过热塑性或
热固性加工方式制成各种形状和尺寸。
这使得高分子聚合物成为理
想的塑料材料，广泛应用于注塑成型、挤出成型、吹塑等加工工艺。
以上是高分子聚合物的一些基本性能。
在选择和应用高分子材料时，需要根据具体需求和环境条件，综合考虑这些性能指标，以确保材料的可靠性和适用性。
聚合物的结构与性能
对应用做材料的高分子来说，关心的不是具体构型(左旋 或右旋)，而是构型在分子链中的异同，即全同(等规)、间 同或无规。
聚合物的结构与性能
Isotactic 全同立构
Syndiotactic 间同立构
Atactic 无规立构
结构规整 较规整 不规整
等规度(tacticity): 全同或间同立构单元所占的百分数
非反应性：－CH3、－OCH3， 如聚甲醛受热降解从端羟基开始，必须进行酯化或醚化以封端。
HO-CH2-O-CH2-O-CH2 CH3O-CH2-O-CH2-O-CH2
-O-CH2-O-CH2-OH 酯化
-O-CH2-O-CH2-OCH3
聚合物的结构与性能
反应性：－OH、－COOH、－NH2， 可进一步反应合成复杂结构
聚合物的结构与性能
一、（单根）高分子链的结构
高分子链结构的特点
●既简单又复杂； ●长而柔； ●分子量大而不均匀
聚合物的结构与性能
1.一级结构
1）.化学组成
结构术语
主链
支链
聚合物的结构与性能
端基
侧基
➢ 主链
(A) 碳链高分子
主链全部由碳原子组成
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
聚乙烯
聚合物的结构与性能
有机氟高分子的化学特性：
最好的化学稳定性： 高抗紫外线性、高耐候性、高耐化学性、高耐老化性 特异的表面性能—表面能最低： 拒水性好、拒油性好、耐沾污性好 理想的生物稳定性和生物相容性： 优异的光学性能： 可有低折射率、高透明性 优异的电学性能：
低介电常数、高绝缘性 有机氟高分子材料被誉为“有机材料之王”。
聚合物的电性能及导电高分子材料
1、结构
□ 分子极性越大，一般来说 和
t都g增大。非极性聚
合物具有低介电系数（ε约为2）和低介电损耗（小于10-
4）；极性聚合物具有较高的介电常数和介电损耗。一些常
见聚合物的介电系数和介电损耗值见表。
□ 极性基团位置的影响：tg
主链上的极性基团
影响小
侧基上的极性基团
影响大
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
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影响聚合物介电性能的因素
高分子材料的介电性能首先与材料的极性有关。这 是因为在几种介质极化形式中，偶极子的取向极化 偶极矩最大，影响最显著。 决定聚合物介电损耗大小的内在因素： ①分子极性大小和极性基团的密度 ② 极性基团的可动性
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
□交联、取向或结晶使分子间作用力增加限制了分子的运
动， 、 tg减 少；支化减少分子间作用力， 增加， 增tg大
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2、 外来物的影响
增塑剂的加入使体系黏度降低，有利于取 向极化，介电损耗峰移向低温。极性增塑
剂或导电性杂质的存在会使 和 tg 都增
□分子链活动能力对偶极子取向有重要影响，例如在玻璃 态下，链段运动被冻结，结构单元上极性基团的取向受链 段牵制，取向能力低；而在高弹态时，链段活动能力大， 极性基团取向时受链段牵制较小，因此同一聚合物高弹态 下的介电系数和介电损耗要比玻璃态下大。如聚氯乙烯的 介电常数在玻璃态时为3.5，到高弹态增加到约15，聚酰胺 的介电常数玻璃态为4.0，到高弹态增加到近50。
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
导电性聚乙炔的出现不仅打破了高分子仅为绝 缘体的传统观念，而且为低维固体电子学和分子电 子学的建立打下基础，而具有重要的科学意义。上 述三位科学家因此分享2000年诺贝尔化学奖。
聚苯乙烯的结构与性能.
背景资料
聚苯乙烯（Polystyrene，缩写为PS）是以苯 乙烯为单体，经过聚合反应而得到的一种聚合 物。聚苯乙烯早在二十世纪三十年代就已实现 工业化生产，是发现最早、研究较完善的一种 不饱和烃类树脂。聚苯乙烯具有价廉、容易着 色、透明、吸湿性低、电性能好以及加工性能 优良等特点，所以广泛应用于电子电器工业、 化学工业以及日用品等多方面，做各种仪器仪 表零件、光学零件、高频绝缘材料、保温材料 及日用品等。目前，聚苯乙烯的产量仅次于聚 乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯，居第四位。
值
≤0.2
1.0
0.5
0.3
1.5
谢谢！
导热系数较低，仅为0.14W/(m·K)，且不随温度的 变化而变化。若制成泡沫塑料，其导热系数会更低。 所以，可作为良好的冷冻绝热材料。
比热低，约为1.33KJ/(Kg·K)，但会随着温度的升 高而增大。
线膨胀系数为(6～8)×10-5/℃，与金属相差较大， 所以制品中不宜带有金属嵌件。否则，当环境温度 有变化时，制品中极易产生内应力而发生开裂。
2.45～2.65 20～28
GB1409 GB1408
5. 化学性能
耐碱、任何浓度的硫酸、磷酸、硼酸、10～36%的 盐酸、25%以下的醋酸、10～90%的甲酸以及其它 有机酸等；但它不耐浓硝酸及其它氧化剂。
溶度参数为(1.74～1.90)×103 (J/m3)1/2，它能溶于 许多δ相近的溶剂中，如四氯乙烷、苯乙烯、异丙 苯、苯、氯仿、二甲苯、甲苯、四氯化碳、甲乙酮、 酯类等；它不溶于许多脂肪烃、乙醚、丙酮、苯酚 等，但能被它们溶胀或发生开裂。
退火处理后可以减少内应力，提高力学强度、负荷 变形温度及耐溶剂开裂性。
4. 电性能
聚合物材料的电学性能研究及其应用
聚合物材料的电学性能研究及其应用聚合物材料在电子技术领域已经占据了重要的位置，其电学性能的研究成为了一个热门的话题。
本文将从聚合物材料的电学性能、研究方法、应用等几个方面进行探讨。
一、聚合物材料的电学性能聚合物材料的电学性能是指它在电场作用下的响应能力，主要包括电导率、介电常数、介质损耗、热释电效应等。
电导率是聚合物材料传导电子的能力。
通常情况下，聚合物材料的电导率很低，但通过掺杂、复合等方式可以提高其电导率，使其成为电器材料的一种良好选择。
介电常数是聚合物材料对电场的响应能力，其值越大代表其对电场的响应能力越强。
一般来说，聚合物材料的介电常数大，介质相对稳定，抗电击穿性能强。
介质损耗是指在电场作用下，介质材料的能量耗散程度。
聚合物材料的介质损耗小，因此在高频电路、电磁辐射屏蔽等方面具有优良的性能表现。
热释电效应是指在聚合物材料受到光、热、电等刺激后，可以释放出电荷。
这一特性使得聚合物材料在太阳能电池、传感器等方面有着广泛的应用。
二、聚合物材料电学性能研究方法要研究聚合物材料的电学性能，需要一个完整的实验方法来评估其性能。
在实验中，需要测量聚合物材料的电导率、介电常数、介质损耗等参数，同时还需要探究其热释电效应等特性。
电导率的测量可以通过传统的四接法测量或者交流阻抗谱测量来实现。
介电常数的测量可以使用介电谱或者扫描电子显微镜等技术来实现。
介质损耗的测量可以采用共振技术和非共振技术等方法。
热释电效应的研究则需要使用一些特殊的仪器和设备，如卢米谱仪、光电导测量系统、飞秒光谱仪等。
总体来说，聚合物材料的电学性能研究需要全面考虑其物理和化学特性，采用多种测量和分析方法的综合运用。
三、聚合物材料电学性能在实际应用中的表现聚合物材料由于其良好的电学性能，广泛地应用于电子、信息技术、光学和力学市场。
在信息技术领域，聚合物材料被用于制造电子元器件、光电开关等；在激光波导器和光纤通信市场，聚合物可以承受高温，高速操作上也很好。
有机化学中的聚合物的性能与性能测试
有机化学中的聚合物的性能与性能测试聚合物是由许多重复单元组成的高分子化合物，它们在有机化学领域扮演着重要的角色。
聚合物的性能对于其应用领域具有决定性的影响。
因此，准确评估聚合物的性能并进行性能测试对于研究和应用有机化学至关重要。
聚合物的性能包括力学性能、热性能、电学性能等多个方面。
力学性能是指聚合物的强度、硬度和柔韧性等特性。
热性能则关注聚合物在高温和低温下的稳定性和可用温度范围。
电学性能涉及到聚合物的导电性、介电性和电子输运性能等。
下面将分别介绍聚合物在这些性能方面的测试方法。
一、力学性能测试1. 抗拉强度和伸长率测试力学性能中最基本的指标是聚合物的抗拉强度和伸长率。
这些指标可以通过拉伸试验来测量。
拉伸试验使用一个拉伸机，将聚合物样品拉伸，测量拉伸前后的变形，从而计算出抗拉强度和伸长率。
2. 硬度测试硬度是聚合物抵抗局部永久形变的能力。
常用的硬度测试方法包括洛氏硬度测试和巴氏硬度测试。
这些测试方法通过测量在一定加载下产生的印痕大小来评估聚合物的硬度。
3. 冲击强度测试聚合物的冲击强度是评估其耐冲击性能的指标。
冲击强度测试常用的方法有Charpy冲击试验和Izod冲击试验。
这些试验使用标准冲击试验机，将标准形状的试样进行冲击，测量所产生的断裂面积来评估聚合物的冲击强度。
二、热性能测试1. 热分解温度测试热分解温度是指聚合物在高温下开始分解的温度。
热分解温度测试可以使用热重分析仪进行。
该仪器通过加热聚合物样品，并同时测量其质量的变化，从而确定热分解温度。
2. 玻璃化转变温度测试玻璃化转变温度是指聚合物在温度下从玻璃态转变为橡胶态的温度。
玻璃化转变温度测试可以使用差示扫描量热仪进行。
该仪器通过测量样品在加热和冷却过程中的热流量差异，从而确定玻璃化转变温度。
三、电学性能测试1. 电导率测试电导率是衡量聚合物导电性能的指标。
电导率测试可以使用四探针电阻率计进行。
该仪器利用四根探针对聚合物样品施加电流，测量电压差来计算电导率。
聚苯乙烯结构与性能
2. 力学性能
透光率为88～92%，折光率为1.59～1.60，可 透过所有波长的可见光，透明性仅次于丙烯 酸类聚合物。
受到光照或长时间存放，往往会出现混浊和 发黄的现象。
若在配方体系中加入1%不饱和脂肪酸胺、环 胺或氨基醇类化合物，可大大改善聚苯乙烯 的透明度。
3. 热性能
耐热性较差：Tg为80～82℃；熔融温度为150～ 1品8的0℃最；高T连d约续为使3用00温℃度；仅在为承6载0～情8况0℃下。，聚苯乙烯制
聚苯乙烯的结构与性能
背景资料
聚苯乙烯（Polystyrene，缩写为PS）是以苯 乙烯为单体，经过聚合反应而得到的一种聚合 物。聚苯乙烯早在二十世纪三十年代就已实现 工业化生产，是发现最早、研究较完善的一种 不饱和烃类树脂。聚苯乙烯具有价廉、容易着 色、透明、吸湿性低、电性能好以及加工性能 优良等特点，所以广泛应用于电子电器工业、 化学工业以及日用品等多方面，做各种仪器仪 表零件、光学零件、高频绝缘材料、保温材料 及日用品等。目前，聚苯乙烯的产量仅次于聚 乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯，居第四位。
燃烧现象：易于燃烧，离开火焰后可继续燃烧。 燃烧时的火焰呈橙黄色，并冒出浓黑的烟柱。 燃烧时塑料软化、起泡、熔化成稀液体并发出 苯乙烯单体特殊的甜香味。吹熄后可拉丝。
1. 力学性能
硬度较高，弯曲强度较高，抗弯能力强， 拉伸强度较低，常温下脆性大，并且在 成型加工中易产生内应力，在较低的外 力作用下即可发生应力开裂。
2.45～2.65 20～28
GB1409 GB1408
5. 化学性能
耐碱、任何浓度的硫酸、磷酸、硼酸、10～36%的 盐酸、25%以下的醋酸、10～90%的甲酸以及其它 有机酸等；但它不耐浓硝酸及其它氧化剂。
六氟丙烯三聚体的介电强度
六氟丙烯三聚体的介电强度1. 引言六氟丙烯三聚体是一种重要的高分子材料，具有优异的绝缘性能。
介电强度是评估材料在电场中承受电压的能力的重要指标。
本文将对六氟丙烯三聚体的介电强度进行深入研究和分析。
2. 六氟丙烯三聚体的结构和性质六氟丙烯三聚体是由六氟丙烯分子通过化学键连接而成的高分子聚合物。
其分子结构呈现出规则的链状结构，具有较高的分子量和相对分子质量。
六氟丙烯三聚体具有以下主要性质：2.1 绝缘性能六氟丙烯三聚体具有优异的绝缘性能，能够有效阻止电荷的流动。
这种绝缘性能使得六氟丙烯三聚体成为电气工程、电子器件等领域中重要的绝缘材料。
2.2 热稳定性六氟丙烯三聚体具有良好的热稳定性，能够在高温环境下保持其结构和性能的稳定性。
这种热稳定性使得六氟丙烯三聚体在高温环境下仍能保持良好的绝缘性能。
2.3 机械性能六氟丙烯三聚体具有较高的强度和硬度，能够抵抗外力的作用。
这种机械性能使得六氟丙烯三聚体在使用过程中能够承受一定的机械应力。
3. 六氟丙烯三聚体的介电强度测试方法介电强度是评估材料在电场中承受电压的能力的重要指标。
常用的测试方法包括以下几种：3.1 直流电场法直流电场法是通过施加直流电场来测试材料的介电强度。
在测试过程中，将六氟丙烯三聚体样品置于电极之间，施加一定的直流电压，并逐渐增加直流电压的大小，直到材料发生击穿。
根据所施加的电压和样品的尺寸，可以计算出六氟丙烯三聚体的介电强度。
3.2 交流电场法交流电场法是通过施加交流电场来测试材料的介电强度。
在测试过程中，将六氟丙烯三聚体样品置于电极之间，施加一定的交流电压，并逐渐增加交流电压的大小，直到材料发生击穿。
根据所施加的电压和样品的尺寸，可以计算出六氟丙烯三聚体的介电强度。
3.3 脉冲电场法脉冲电场法是通过施加脉冲电场来测试材料的介电强度。
在测试过程中，将六氟丙烯三聚体样品置于电极之间，施加一定的脉冲电压，并逐渐增加脉冲电压的大小，直到材料发生击穿。
聚合物材料中化学结构与性能的关系研究
聚合物材料中化学结构与性能的关系研究聚合物材料，在我们的生活中随处可见。
从塑料袋到电线套，从医学设备到汽车零件，聚合物材料为我们的生活提供了许多便利。
然而，这些材料在不同的使用环境和工艺条件下，其性能也存在着一定的差异。
因此，研究聚合物材料中化学结构与性能的关系，对于提高材料性能、推动材料进步具有重要意义。
一、聚合物材料的结构特点聚合物材料是由单体聚合而成的高分子材料。
单体是独立的化学单元，经过化学反应可以连接成为链状或三维网络结构，形成聚合物。
聚合物材料具有许多优良性质，如良好的加工性、轻质、抗腐蚀、电绝缘性等特点。
聚合物材料的结构特点有以下几点：1.链状结构。
聚合物材料由单体组成的高分子链，其相对分子量较大，通常为数万至数百万不等。
2.分子量分布广。
由于合成过程中存在反应不完全、副反应等不确定性因素，导致聚合物材料的分子量分布较为广泛。
3.化学键的类型和数量不同。
聚合物材料中的化学键有单键、双键、三键等不同类型，且数量不同。
4.功能团存在差异。
聚合物材料中存在着各种不同的功能团，比如酯基、醚基、羧酸基、酰胺基等。
以上这些特点，决定了聚合物材料具有非常复杂的结构。
同时，由于各种原因，如配方不当、工艺条件不良等，聚合物材料中的化学结构也存在着一定的变化和差异。
这些变化和差异，也直接影响着聚合物材料的物理性质、化学性质及加工性能，因此对于聚合物材料中化学结构和性能之间的关系进行深入研究，是非常有意义的。
二、聚合物材料中化学结构与物理性质的关系聚合物材料中的化学结构，对其物理性质具有重要影响。
下面以不同化学键和功能团为例，说明其对聚合物材料物理性质的影响。
1.双键结构。
聚合物中的双键结构存在于苯乙烯、乙烯基苯、丙烯酸乙酯等材料中。
双键可以使聚合物链的刚性增加，分子链的长度及取向得到限制，从而影响聚合物材料的物理性质。
例如，苯乙烯经聚合后可以形成高分子聚苯乙烯，其具有优异的耐热性、机械性能和导热性。
2.羟基结构。
聚合物的电性能光学性能热性能幻灯片PPT
✓ 高聚物的介电松弛谱
• 实际体系对外场刺激响应的滞后统称为松弛现象。
• 在交变电场E = E0 cosωt（E0为交变电流峰值）的
作用下，电位移矢量也是时间的函数。由于聚合物 介质的粘滞力作用，偶极取向跟不上外电场变化，
电位移矢量迟后于施加电场，相位差为δ，通常， 用损耗角正切 tgδ表征聚合物电介质耗能与储能之
（1）分子结构的影响
高分子材料的介电性能首先与材料的极性有关。这 是因为在几种介质极化形式中，偶极子的取向极化 偶极矩最大，影响最显著。
分子偶极矩等于组成分子的各个化学键偶极矩（亦称键矩） 的矢量和。
对大分子而言，由于构象复杂，难以按构象求整个大分子 平均偶极矩，所以用单体单元偶极矩来衡量高分子极性。 按单体单元偶极矩的大小，聚合物分极性和非极性两类。
ε，即
C Q
C0 Q0
• 电介质的极化程度越大，Q 值越大，ε 也越大。
介电常数是衡量电介质极化程度的宏观物理量， 表征电介质贮存电能能力的大小。
Q 表，意大利CEAST公司，主要用于测定塑料薄片在频率为 1MHz、具有1V振幅时的电容和介质损耗角正切（tgδ）
西林电桥，意大利CEAST公司制造，主要用于测量在频 率为50Hz或60Hz时绝缘材料的电容、相对介电常数和 损耗因数。
10.1.2 高聚物的介电损耗
✓介电损耗的意义 电介质在交变电场中，由于消耗一部分 电能，使介质本身发热，这种现象就 是介电损耗。
✓介电损耗产生的原因
（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。
（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；变形极化是一种弹性过程或谐振过程，当电 场的频率与原子或电子的固有振动频率相同时，发生共振吸 收，损耗电场能量最大。
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降低聚合物材料介电常数的方法
① 增加聚合物材料的自由体积
含萘结构的芳基 醚聚合物有较大 的萘结构侧基， 能增加聚合物材 料的自由体积， 从而降低材料介 电常数。
含萘结构的芳基醚聚合物
Z E S，NEW CHEMICAL MATERIALS，2007，35(7):11.
降低聚合物材料介电常数的方法
介电常数ε范围 2-2.3 2.3-3.0 3.0-4.0 4.0-7.0
15
1.分子结构
• 分子聚集态结构的影响： • 玻璃态：链段运动被冻结，结构单元上的极性基团取向受链 段牵制，取向能力低，对介电常数影响小 • 高弹态：链段活动能力大，极性基团取向受链段牵制较小， 对介电常数影响大。高弹态下，介电常数、损耗角大于玻璃 态 介电常数 聚氯乙烯 聚酰胺 玻璃态 3.5 4.0 高弹态 15 5.0
聚氨酯 ABS树脂 氯丁橡胶 尼龙6
70-200
150-200 40-300 300 100-400
丁苯橡胶
丁基橡胶
20
30
尼龙66
PMMA
140-600
400-600
聚甲醛
聚邻苯二甲酸二丙烯酯
40
80
酚醛树脂
硝化纤维素
600-1000
900-1200
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
聚合物的介电性能的影响因素
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
聚合物介电性：聚合物在外电场的作用下， 由于分子极化引起电能的储存和损耗的性质。
表征方式
介电常数 介电损耗
介电材料分类示意图
绝缘材料
电容器材料
压电材料 热释电材料
铁电材料
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
极化：在外电场的作用下，电介质分子或者其中 某些基团中电荷分布发生相应变化。
3.添加剂 改性BaTiO3/EPR复合材料的电性能
实验
BaTiO3粉末 1wt%KH550偶联剂和 丙酮 环氧树脂 混合均匀 对BaTiO3进行表面处理
冷压
热压固化
BaTiO3/EPR复合材料
电导率分析
随着BaTiO3含量 随着频率
，电导率
，电导率
填料的加入，增加了陶瓷-聚合 物界面区域，而界面区域的电 导率大于单相本身的电导率
Q0
定义：含有电介质的电容器 电容与相应真空电容器的电 容比。真空的ε 等于1，空气 的ε 接近1，大多数非极性高 聚物的ε 为2左右，极性高聚 物的ε 为2～10。（2.6 ～ 3.8）QFra bibliotek介电损耗
在交变电场中，电介质由于消耗部分电能而 发热的现象。 在交变电场中，介电常数可以写成复数形式
-i
结构
频率与温度
添加剂
1.分子结构 （1）极性：偶极取向极化对介电性质影响最大。极性 越大，tanδ越大。
聚偏氟乙烯（PVDF）具有较高的介电常数。由于分子链中H原子与 F 原 子的电负性不同，会在 PVDF 分子链中产生偶极矩。在外加电场的作用 下，PVDF分子中正、负电荷中心发生分离，产生电偶极矩，发生取向 极化。
聚合物名称 聚四氟乙烯 聚乙烯 聚丙烯 四氟乙烯-六氟乙烯共聚 tanδ*104 <2 2 2-3 <3 聚合物名称 环氧树脂 硅橡胶 氯化聚醚 聚酰亚胺 tanδ*104 20-100 40-100 100 40-150
聚苯乙烯
交联苯乙烯 聚砜 聚碳酸酯 天然橡胶
1-3
5 6-8 9 2-30
聚氯乙烯
高介电常数材料的应用
1.高储能密度电容器的介电材料 2.高压电缆均化电场的应力锥材料 3.嵌入式微电容器 4.人工肌肉和药物释放智能外衣材料
高tanδ值材料的应用
① 高聚物的高频干燥 ② 塑料薄膜高频焊接 ③大型高聚物制件的高频热处理
低介电常数材料 应用方面
RC =2ρε(4L2/ P2 +L2/ T2) ρ:金属线电阻率, ε:线间绝缘层的介电常数, P :金属线间距离, L :连线长度, T :线的厚度
②对称氟取代
氟原子具有较强的电负性, 可以降低高 分子的电子和离子的极化率, 达到降低 高分子介电常数的目的。同时, 氟原子 的引入降低了高分子链的规整性, 使得 高分子链的堆砌更加不规则, 分子间空 隙增大而降低介电常数。含氟聚酰亚胺 材料的介电常数为2.3 ～ 2 .8.
赵春宝,绝缘材料，2010：33
降低聚合物材料介电常数的方法
③生成纳米微孔材料
采用物理发泡制备微孔PI，当孔洞 含鼠为4 0 % 时, IP 的介电常数可 降至1. 7 , 同时膜的物理化学性能 变化不大。
Berned, Adv Mater,2002:1041
2.频率与温度
εs
ε’
tanδ
ε∞
ε”
log ω
2.频率与温度
在研究尼龙 610 的介电性能的过程中发现，在100Hz时，介 电常数和损耗因子随温度增加而迅速增大；而在1MHz 时，介 电常数随温度变大而变大的趋势减弱，损耗因子随温度增大 先增大后减小。[1]
[1]X P., Z X. Y.[J]. European Polymer Journal, 2011, 47(5): 1031-1038.
不同BaTiO3含量对BaTiO3-Epoxy 复合材料 的电导率随频率的变化
介电损耗分析
★随着BaTiO3含量 ，介电损耗 但是在体积含量低30 vol% 时， 介电损耗小 ★随着频率 ,介电损耗
填充量过高，会使填料分散不 均匀，增加其界面极化，因此 介电损耗增加。
不同BaTiO3 含量对BaTiO3-Epoxy 复合材料的 介电损耗的影响
极 化 类 型
电子极化
原子极化
取向极化 界面极化
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
电子极化
价电子云 相对原子 核的位移
极化过程：10-15~10-13s
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
原子极化
分子骨架在 外电场下发 生变形
极化过程一般 10-13s
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
取向极化
介电常数是宏观物理量,反映了电介质的极化能力,大小 由材料本身的性质决定。在外电场下电介质材料的极化 作用越强,介电常数就越大。
表1 不同极性高分子材料的分子偶极矩和介电常数范围
聚合物类型 非极性高分子 弱极性高分子 中等极性高分子 强极性高分子
分子偶极矩u范围 u=0 0<u<0.5D 0.5D<u<0.7D u>0.7D
极性分子 延外场方 向排列
极化过程一般 10-9s
聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能
界面极化
产生于非 均相介质 界面处
在外电场的作用下，电 介质中的电子或离子在 界面处堆积的结果。
极化需时几分之一 至几 分钟，甚至更长。
介电常数
C Q /U Q Q0 Q C0 Q0 / U Q0 Q0
介质损耗角正切
tan
介电损耗产生的原因
电导损耗
导电载流子 产生导电电 流 消耗电能转 化为热能
取向极化时，存在 克服偶极子转向的 粘滞阻力，消耗电 能，转化为热能
偶极的取 向极化 能量 交换
变形极化时，当电 场频率与原子或电 子的固有频率相同 时，发生共振吸收
常见聚合物tanδ(20℃，50Hz)