高分子物理-聚合物的性质
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即材料能长期承受的最大场强：
Eb
Ub h
• 聚合物的介电击穿按其形成的机理，大致
可分为三种主要形式。
* 1 (P / 0E) 1 (
1) 1
1 i
( s
)
s 1 i
'i"
• 这就是Debye色散关系。
•
'
s
1
2 2
"
( s ) 1 2 2
tan
" '
也存在离子电导，即导电载流子可以是电子、空 穴，也可以是正、负离子。
• 饱和的非极性聚合物具有最好的电绝缘性能。 • 极性聚合物的电绝缘性次之。 • 共轭聚合物是高分子半导体材料。 • 电荷转移络合物和自由基—离子化合物是另一类
高电子电导性的有机化合物。
• 结构因素对高聚的导电性有明显影响。
• 分子量对聚合物导电性的影响与聚合物的主
• 带电粒子注入使聚合物处于激发态而产生
跃迁辐射，这种辐射称为电致发光。
• 聚苯撑乙炔（PPV）发光材料：
9.1.5 聚合物的介电击穿
• 在强电场(107—108伏／米)中，材料突然从
介电状态变成导电状态，大量的电能迅速 地释放，使电极之间的材料局部地被烧毁， 这种现象就称为介电击穿。
• 击穿电压Ub：介质可承受电压的极限。 • 介电强度：击穿电压与绝缘体厚度h的比值，
要导电机理有关 。
• 结晶与取向使绝缘聚合物的电导率下降 。
• 交联使高分子链段的活动性降低，自由体积
减少，因而离子电导下降。
• 杂质使绝缘聚合物的绝缘性能下降。
• 湿度影响：与聚合物本身的极性和多孔性有
关。
• 添加剂 ：类似于杂质。
• 温度 ：
Ae E / RT
9.1.4聚合物的电致发光性质
P Q' / S ( 1)0E 0E
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。χ=ε-1
是材料的极化率
• 分子极矩：对于一个分子来说，极化的结果
相当于外电场在分子上引起一个附加偶极矩：
•
El
• El 是分子上的局部电场强度，α是分子极化率。
( s ) s 2 2
• 用ε’和ε”的表达式消去ωτ可得：
（ ' s )2 "2 (s )2
2
2
• 介电松弛
9.1.3 聚合物的导电性质
• 材料的导电性是用电阻率或电导率来表示的。电
阻和电导为：
RU I
G 1 I RU
• 主要特点：高电阻、绝缘体。
9.1.1聚合物的介电性质
• 真空电容器的电容为
C0
Q0 U
• 真空电容器 的电容决定于电容器的几何尺寸，
如果每个极板的面积为S，而两极板间的距 离为d，则有
C0
0
S d
• 如果在上述电容器的两极板间充满电介质，
这时极板上的电荷将增加到Q，Q = Q0 +Q′， 此时，电容也相应增加为C
• 极化强度P是单位体积内分子偶极矩的矢量和
•
P=Nμ=NαEl
• N是单位体积内的分子数。
• 材料的介电常数决定于分子极矩。
•
1
Clausius和Mosotti导出： 2
Na
3 0
• 如果介质的分子量为M，密度为ρ，利用
Avogadro常数有 1 M N~a
2 30
第九章 聚合物的其他性质
• 9.1 聚合物的电学性质 • 9.2 聚合物的光学性质 • 9.3 聚合物的透气性 • 9.4 高分子的表面和界面性质
• 9.1 聚合物的电学性质
• 高聚物的电学性质：聚合物在外加电
压或电场作用下的行为及其所表现出 来的各种物理现象。
• 在交变电场中的介电性质 • 在弱电场中的导电性质 • 在强电场中的击穿现象 • 在聚合物表面的静电现象
下面四类：
铁电高分子
9.1.2 聚合物的介电松弛与介电损耗
• 分子偶极矩的极化也是一个松弛过程，因此，在
交变电场中要损耗能量——介电损耗。
• 介质的极化可以分为变形极化Pd与取向极化Pr两
种，
•
P=Pd+Pr
• 变形可以瞬间完成，取向是松弛的。介电常数与
频率有关，在极高频率（光频）下，取向极化为
R h G S
S
h
• 电阻率：单位是欧·米，是单位厚度和单位面积试
样的电阻值；
• 电导率：单位是欧-1．米-1，是单位厚度、单位面
积试样的电导值。
• 材料的导电性是由于物质内部存在传递电流的自
由电荷（载流子）。
• 材料导电性的优劣，还与这些载流子的运动速度
有关。
Nq
• 从导电机理来看，在聚合物中，存在电子电导，
0。而
Pd 0 ( 1)E
• 是光频下介电常数的极限值。
• 如果是静电场：P 0(s 1)E
Pr 0 ( s )E
t
• S 是静电介电常数。其中Pr在平衡态前是
逐渐增大的，因为取向极化是松弛过程，
所以：
•
Pr Pr (1 et / ) 0 ( s )E(1 et / )
• 定义摩尔极化强度PM:
PM
N~a
30
1 2
M
• 对于非极性介质，分子极化率是电子极化
率和原子极化率之和
：
PM
3N~0（ae
aa )
• 对于极性介质，还要加一项由于极性分子
在电场作用下的取向而产生的极化率：
PM
3N~0（ae
aa
2
) 3kT
• 按照偶极矩的大小，可将聚合物大致归为
t
• 考虑交变电场：E E0eit
• Pd没有位差，而Pr有位差， Pd 0( 1)E0eit
•
Pr
Pr
eit
,0
1
1 i
0 ( s
)E0eit
P
Pd
Pr
0 (
1) E
1
1 i
0 ( s
)E
• 这样P是复数，介电常数也是复数：
C
Q U
C0
0
S d
' S
d
• 介电常数：含有电介质的电容器的电
容C与相应真空电容器的电容之比为该
电介质的介电常数ε，即
CΒιβλιοθήκη BaiduQ
C0 Q0
•电介质的极化：在电场作用下，使介质出现 宏观的偶极，这一现象称为电介质的极化。 对于平行板间各向同性的均匀电介质，极化 强度等于极化电荷密度，即
Eb
Ub h
• 聚合物的介电击穿按其形成的机理，大致
可分为三种主要形式。
* 1 (P / 0E) 1 (
1) 1
1 i
( s
)
s 1 i
'i"
• 这就是Debye色散关系。
•
'
s
1
2 2
"
( s ) 1 2 2
tan
" '
也存在离子电导，即导电载流子可以是电子、空 穴，也可以是正、负离子。
• 饱和的非极性聚合物具有最好的电绝缘性能。 • 极性聚合物的电绝缘性次之。 • 共轭聚合物是高分子半导体材料。 • 电荷转移络合物和自由基—离子化合物是另一类
高电子电导性的有机化合物。
• 结构因素对高聚的导电性有明显影响。
• 分子量对聚合物导电性的影响与聚合物的主
• 带电粒子注入使聚合物处于激发态而产生
跃迁辐射，这种辐射称为电致发光。
• 聚苯撑乙炔（PPV）发光材料：
9.1.5 聚合物的介电击穿
• 在强电场(107—108伏／米)中，材料突然从
介电状态变成导电状态，大量的电能迅速 地释放，使电极之间的材料局部地被烧毁， 这种现象就称为介电击穿。
• 击穿电压Ub：介质可承受电压的极限。 • 介电强度：击穿电压与绝缘体厚度h的比值，
要导电机理有关 。
• 结晶与取向使绝缘聚合物的电导率下降 。
• 交联使高分子链段的活动性降低，自由体积
减少，因而离子电导下降。
• 杂质使绝缘聚合物的绝缘性能下降。
• 湿度影响：与聚合物本身的极性和多孔性有
关。
• 添加剂 ：类似于杂质。
• 温度 ：
Ae E / RT
9.1.4聚合物的电致发光性质
P Q' / S ( 1)0E 0E
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。χ=ε-1
是材料的极化率
• 分子极矩：对于一个分子来说，极化的结果
相当于外电场在分子上引起一个附加偶极矩：
•
El
• El 是分子上的局部电场强度，α是分子极化率。
( s ) s 2 2
• 用ε’和ε”的表达式消去ωτ可得：
（ ' s )2 "2 (s )2
2
2
• 介电松弛
9.1.3 聚合物的导电性质
• 材料的导电性是用电阻率或电导率来表示的。电
阻和电导为：
RU I
G 1 I RU
• 主要特点：高电阻、绝缘体。
9.1.1聚合物的介电性质
• 真空电容器的电容为
C0
Q0 U
• 真空电容器 的电容决定于电容器的几何尺寸，
如果每个极板的面积为S，而两极板间的距 离为d，则有
C0
0
S d
• 如果在上述电容器的两极板间充满电介质，
这时极板上的电荷将增加到Q，Q = Q0 +Q′， 此时，电容也相应增加为C
• 极化强度P是单位体积内分子偶极矩的矢量和
•
P=Nμ=NαEl
• N是单位体积内的分子数。
• 材料的介电常数决定于分子极矩。
•
1
Clausius和Mosotti导出： 2
Na
3 0
• 如果介质的分子量为M，密度为ρ，利用
Avogadro常数有 1 M N~a
2 30
第九章 聚合物的其他性质
• 9.1 聚合物的电学性质 • 9.2 聚合物的光学性质 • 9.3 聚合物的透气性 • 9.4 高分子的表面和界面性质
• 9.1 聚合物的电学性质
• 高聚物的电学性质：聚合物在外加电
压或电场作用下的行为及其所表现出 来的各种物理现象。
• 在交变电场中的介电性质 • 在弱电场中的导电性质 • 在强电场中的击穿现象 • 在聚合物表面的静电现象
下面四类：
铁电高分子
9.1.2 聚合物的介电松弛与介电损耗
• 分子偶极矩的极化也是一个松弛过程，因此，在
交变电场中要损耗能量——介电损耗。
• 介质的极化可以分为变形极化Pd与取向极化Pr两
种，
•
P=Pd+Pr
• 变形可以瞬间完成，取向是松弛的。介电常数与
频率有关，在极高频率（光频）下，取向极化为
R h G S
S
h
• 电阻率：单位是欧·米，是单位厚度和单位面积试
样的电阻值；
• 电导率：单位是欧-1．米-1，是单位厚度、单位面
积试样的电导值。
• 材料的导电性是由于物质内部存在传递电流的自
由电荷（载流子）。
• 材料导电性的优劣，还与这些载流子的运动速度
有关。
Nq
• 从导电机理来看，在聚合物中，存在电子电导，
0。而
Pd 0 ( 1)E
• 是光频下介电常数的极限值。
• 如果是静电场：P 0(s 1)E
Pr 0 ( s )E
t
• S 是静电介电常数。其中Pr在平衡态前是
逐渐增大的，因为取向极化是松弛过程，
所以：
•
Pr Pr (1 et / ) 0 ( s )E(1 et / )
• 定义摩尔极化强度PM:
PM
N~a
30
1 2
M
• 对于非极性介质，分子极化率是电子极化
率和原子极化率之和
：
PM
3N~0（ae
aa )
• 对于极性介质，还要加一项由于极性分子
在电场作用下的取向而产生的极化率：
PM
3N~0（ae
aa
2
) 3kT
• 按照偶极矩的大小，可将聚合物大致归为
t
• 考虑交变电场：E E0eit
• Pd没有位差，而Pr有位差， Pd 0( 1)E0eit
•
Pr
Pr
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,0
1
1 i
0 ( s
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P
Pd
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• 这样P是复数，介电常数也是复数：
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Q U
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S d
' S
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• 介电常数：含有电介质的电容器的电
容C与相应真空电容器的电容之比为该
电介质的介电常数ε，即
CΒιβλιοθήκη BaiduQ
C0 Q0
•电介质的极化：在电场作用下，使介质出现 宏观的偶极，这一现象称为电介质的极化。 对于平行板间各向同性的均匀电介质，极化 强度等于极化电荷密度，即