聚合物的介电常数

聚合物的介电常数聚合物是一种优良的绝缘材料。第一个人工合成的高分子材料——酚醛树脂（绝缘）。高聚物的电学性质往往非常灵敏地反映材料内部结构的变化和分子运动状况，因此电学性质的测量，作为力学性质测量的补充，已成为研究高聚物的结构和分子运动的一种有力的手段。电学性质的测量方法，由于可以在很宽的频率范围下进行观察，显示出有更大的优越性。1.聚合物的介电性质

介电性质是指材料在电场作用下，表现出对静电能的储存和损耗的性质。高聚物的介电性和高聚物分子的极性和极化有关。外电场作用下的极化现象在外电场的作用下，电介质分子或者其中某些基团中电荷分布发生的相应变化称为极化。（电子极化、原子极化、取向极化、界面极化）（1）电子极化是外电场作用下，分子中各个原子或离子的价电子云相对原子核的位移。极化过程所需的时间极短，约为10-13~10-15s。当除去电场时，位移立即恢复，无能量损耗，所以也称可逆性极化或弹性极化。

（2）原子极化分子骨架在外电场作用下发生变形造成的。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。以上两种极化统称为变形极化或诱导极化。（3）

取向极化由于极性分子沿外电场方向的转动需要克服本身的惯性和旋转阻力。极化所需要的时间长，一般为10-9s。高聚物取向单元：侧基、链段或分子整链。完成取向极化时间范围宽，介电松弛谱。又称偶极极化，是具有永久偶极矩的极性分子沿外场方向排列的现象。无外电场时，总偶极矩为零，介质为电中性有外电场时，产生取向偶极矩（4）界面极化外电场的作用下，电介质中的电子或离子在非均相介质界面处聚集所引起的极化。一般的非均质材料如共混聚合物、泡沫塑料、填充聚合物材料均质聚合物：杂质、缺陷以及晶区和非晶区界面。极化所需要的时间长，一般为10-9s。

2.介电常数（介电系数）真空电容器的电容为当电容器中充满电介质，极板上产生感应电荷Q′，电荷将增加到Q，Q=Q0+Q′，此时，电容也相应增加为C

2.1.概念定义：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：无量纲，衡量电介质极化程度的宏观物理量，也是表征电介质贮存电能能力的大小。

ε越大，Q值越大，电介质的极化程度越大；

ε越大，极板上产生感应电荷Q′越大，储存的电能越多。2.2.影响介电常数的因素非极性分子只有电子和原子极化，介电常数较小。极性分子除了极性极化之外，还有偶极极化，介电常数较大。极性越大，介电常数越大。（1）高聚物极性在主链上的极性基团活动性小，影响小；在侧链上（尤其是在柔性侧基上）的极性基团活性大，影响大。（2）极性基团在聚合物链上的位置分子结构对称性，极性会相互抵消或部分抵消，因此介电常数小。（3）分子结构的对称性对于同一种聚合物来说，ε:全同立构>无规立构>间同立构增加分子间作用力（交联、取向、结晶等）会使极性基团的活动能力受到限制，ε减小。（4）分子间作用力比如：酚醛塑料（高度交联）极性很大，介电常数却不大；

双轴拉伸取向的聚酯的介电常数也会减小；

提高结晶度也会减小介电常数。减小分子间作用力（支化）会使ε增大。高聚物所处的力学状态影响主链极性基团的取向运动。处于高弹态的聚合物比玻璃态时的活动能力强，其上的极性基团更易取向和活动，所以介电常数大。（5）物理状态比如：聚氯乙烯氯丁橡胶

极性基团密度2ρ

ρ室温下介电常数3.53*3.5温度Tg以上15

从整个分子链的活性考虑：橡胶态与粘流态的极性高聚物的介电常数要比玻璃态的高。常见高聚物的介电常数高聚物

ε

高聚物ε聚四氟乙烯

2.0

乙基纤维素3.0－4.2四氟乙烯-六氟丙烯共聚物

2.1

聚酯3.00－4.36聚4-甲基-1-戊烯

2.12

聚砜3.14聚丙烯

2.2

聚氯乙烯3.2－3.6聚三氟氯乙烯

2.24

聚甲基丙烯酸甲酯3.3－3.9低密度聚乙烯

2.25－2.35

聚酰亚胺3.4乙-丙共聚物

2.3

环氧树脂3.5－5.0高密度聚乙烯

2.30－2.35

聚甲醛3.7ABS树脂

2.4－5.0

尼龙-63.8聚苯乙烯

2.45－3.10

尼龙-664.0高抗冲聚苯乙烯

2.45－4.75

聚偏氯乙烯4.5－6.0乙烯-醋酸乙烯共聚物

2.5－3.4

酚醛树脂5.0