第十章 聚合物的电性能

第十章聚合物的电性能第一页，共十八页，2022年，8月28日引言第二页，共十八页，2022年，8月28日引言聚合物的电性能是指在外加电场作用下，材料所表现出来的介电性能、导电性能、电击穿性质以及与其他材料接触、摩擦时所引起的表面静电性质等。交变电场：介电性能弱电场：导电性能强电场：击穿现象摩擦：静电现象第三页，共十八页，2022年，8月28日在外电场作用下，不导电的物体，即电介质，在紧靠带电体的一端会出现异号的过剩电荷，另一端则出现同号的过剩电荷，这种现象称为电介质的极化。聚合物的介电性能主要有以下几种极化：（1）电子极化（2）原子极化（3）偶极极化（4）界面极化前两种为变形极化或者诱导极化，第三种为永久偶极矩的取向极化。

第四页，共十八页，2022年，8月28日聚合物的介电性能□

电子极化：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，使分子带上偶极矩

。极化过程所需的时间极短，约为10-13~10-15s□

原子极化：分子骨架在外电场作用下发生变形造成的，使分子带上偶极矩

。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。极化所需要的时间约为10-13s并伴有微量能量损耗。

第五页，共十八页，2022年，8月28日聚合物的介电性能

极性分子本身具有永久偶极矩，通常状态下由于分子的热运动，各偶极矩的指向杂乱无章，因此宏观平均偶极矩几乎为零。当有外电场时，极性分子除发生电子极化和原子极化外，其偶极子还会沿电场方向发生转动、排列，产生分子取向，表现出宏观偶极矩。高分子的极化包括各种运动单元的极化取向极化或偶极极化第六页，共十八页，2022年，8月28日聚合物的介电性能介电常数

介电常数：含有电介质的电容器的电容与相应真空电容器的电容之比。第七页，共十八页，2022年，8月28日聚合物的介电性能电介质在交变电场中极化时，会因极化方向的变化而损耗部分能量和发热，称介电损耗。

介电损耗产生的原因

（1）电导损耗：是指电介质所含的微量导电载流子在电场作用下流动时，因克服电阻所消耗的电能。这部分损耗在交变电场和恒定电场中都会发生。由于通常聚合物导电性很差，故电导损耗一般很小。

第八页，共十八页，2022年，8月28日聚合物的介电性能对非极性聚合物而言，电导损耗可能是主要的。对极性聚合物的介电损耗而言，其主要部分为极化损耗。（2）极化损耗：这是由于分子偶极子的取向极化造成的。取向极化是一个松弛过程，交变电场使偶极子转向时，转动速度滞后于电场变化速率，使一部分电能损耗于克服介质的内粘滞阻力上，这部分损耗有时是很大的。第九页，共十八页，2022年，8月28日聚合物的介电性能偶极极化是一个松弛过程，对外场的刺激响应会有滞后，类似于动态粘弹性（a）电场交变频率低，偶极子转向与电场同步变化（b）电场交变频率提高，偶极子转向滞后于电场变化第十页，共十八页，2022年，8月28日聚合物的介电性能都描述高分子运动单元的运动第十一页，共十八页，2022年，8月28日聚合物的导电性能体积电阻与表面电阻

材料导电性通常用电阻率ρ或电导率σ表示，两者互为倒数关系。按定义有：

式中R为试样的电阻，S为试样截面积，d为试样长度（或厚度，为电流流动方向的长度）。第十二页，共十八页，2022年，8月28日将聚合物电介质置于两平行电极板之间，施加电压V，测得流过电介质内部的电流称体积电流，按欧姆定律，定义体积电阻等于：体积电阻率是材料重要的电学性质之一。按照的大小，将材料分为导体、半导体、绝缘体和超导体四类：聚合物的导电性能第十三页，共十八页，2022年，8月28日表面电阻率与聚合物材料抗静电性能有关。

在试样的同一表面上放置两个电极，施加电压V，测得流过电介质表面的电流称表面电流，同理，表面电阻定义为：

聚合物的导电性能第十四页，共十八页，2022年，8月28日聚合物的导电性能HidekiShirakawa70年代，发现了聚乙炔的制备方法，多加了1000倍的催化剂，合成得到了漂亮的银色薄膜（反式聚乙炔）。AlanG.MacDiarmid利用碘蒸气改变聚乙炔的性质，令他们惊讶的是，反式聚乙炔的导电度因此增加了一百万倍，变成了导体。导电高分子发现第十五页，共十八页，2022年，8月28日聚合物的导电性能本征型导电高分子高分子的导电性与π-电子的非定域化有关第十六页，共十八页，2022年，8月28日聚合物的导电性能复合型导电高分子材料是指以绝缘的有机高分子材料为基体，与其它导电性物质以均匀分散复合、层叠复合或形成表面导电膜等方式制得的一种有一定导电性能的复