高聚物的电学能幻灯片课件

高聚物的电学性能工程应用电容器介电损耗尽可能小，介电常数尽可能大，介电强度很高仪表绝缘电阻率和介电强度高而介电损耗很低绝缘材料无线电遥控优良的高频、超高频绝缘材料纺织化工具有一定的导电性10－1410－1210－1010－810－610－410－2010210410610810101012101410141014金属绝缘体半导体取向杂化聚乙炔聚四氟乙烯尼龙顺式聚乙炔反式聚乙炔掺杂聚苯胺掺杂聚吡咯高聚物的室温电导率σ/(S/m)一、基本概念二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象介电常数介电损耗介电击穿介电常数：无因次的纯数，表征电介质贮存电能能力的大小，是衡量介质在外电场中极化程度的宏观物理量。介质的电容率：表示单位面积和电网厚度电介质的电容值，单位为法拉/米表面束缚电荷电介质的极化现象高分子电介质的极化现象偶极极化电子极化原子极化取向极化原子的价电子云分子骨架位移极化/变形极化诱导偶极矩极性分子沿电场方向排布取向e电子a原子μ取向α极化率El作用在分子上的局部电场强度μ偶极矩极性分子取向极化作用示意图无电场时有电场时电场强度、温度很低高分子电介质的极化现象偶极极化电子极化原子极化取向极化原子的价电子云分子骨架位移极化/变形极化诱导偶极矩极性分子沿电场方向排布取向e电子a原子μ取向α极化率El作用在分子上的局部电场强度μ偶极矩高聚物介电常数与高分子结构的关系分子极性大小主要决定因素高聚物介电常数与高分子结构的关系分子极性大小主要决定因素极性基团在分子链上的位置主链侧基分子结构的对称性交联、拉伸、支化介电常数介电损耗介电击穿介电损耗：电介质在交变电场中，由于消耗一部分电能，使介质本生发热的现象。1电介质中含有能导电的载流子，其在外加电场的作用下，产生电导电流，消耗掉一部分能量，转化为热能——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产生原因：松弛损耗：取向过程为一松弛过程，电场使偶极子转向时，一部分电能损耗与克服介质的内粘滞阻力上，转化为热量。共振吸收：变形极化为一种弹性过程或谐振过程，党电场的频率与原子或电子的固有振动频率相同时发生。介电损耗的表征：表征材料介电损耗大小的物理量。物理意义：每周期内介质损耗的能量与介质贮存的能量的比值。Tgδ介电损耗角正切影响介电损耗的因素分子结构外加频率温度电压增塑剂杂质高聚物分子极性大小极性基团密度极性基团的可动性影响介电损耗的因素介电常数大而介电损耗不大影响介电损耗的因素分子结构外加频率温度电压增塑剂杂质高聚物影响介电损耗的因素分子结构外加频率温度电压增塑剂杂质高聚物各种频率下介电常数和介电损耗与温度的关系T变化η变化极化过程需要时间变化影响介电损耗的因素分子结构外加频率温度电压增塑剂杂质高聚物Tgδ影响介电损耗的因素分子结构外加频率温度电压增塑剂杂质高聚物极性增塑剂非极性增塑剂影响介电损耗的因素非极性增塑剂影响介电损耗的因素极性增塑剂影响介电损耗的因素影响介电损耗的因素分子结构外加频率温度电压增塑剂杂质高聚物Tgδ导电杂质、极性杂质水高聚物的介电松弛谱介电损耗温度谱示意图非晶态聚合物αβγ链段1极性侧基绕C－C的旋转2环单元的构象振荡3主链局部链段的运动部分结晶聚合物αβγ链段1极性侧基绕C－C的旋转2环单元的构象振荡3主链局部链段的运动

结晶区非晶区晶区：1晶区中高分子的链段的运动2结晶表面上的局部链段运动3晶格缺陷处的基团运动固体高聚物的介电松弛过程介电常数介电损耗介电击穿介电击穿：在高压下，大量的电能迅速释放，使电极之间的材料局部被烧毁的现象。形成机理：本征击穿热击穿放电击穿二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象1高聚物的导电特点2表面电阻率和体积电阻率3高聚物的导电性与分子结构的关系4影响高聚物导电性的因素5高聚物的静电现象6静电的危害与防止1高聚物的导电特点绝缘体半导体导体导电机理电子导电离子导电电子空穴正离子负离子强极性原子或基团的聚合物催化剂、添加剂、水份等共轭聚合物电荷转移络合物自由基－离子化合物有机金属聚合物1高聚物的导电特点电子导电P离子导电自由体积离子的迁移电子的“跃迁”二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象1高聚物的导电特点2表面电阻率和体积电阻率3高聚物的导电性与分子结构的关系4影响高聚物导电性的因素5高聚物的静电现象6静电的危害与防止2表面电阻率和体积电阻率表面电阻率是沿试样表面电流方向的直流场强与该处单位长度的表面电流之比。单位：欧姆体积电阻率是体积电流方向的直流场强与该处体积电流密度之比。单位：欧·米二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象1高聚物的导电特点2表面电阻率和体积电阻率3高聚物的导电性与分子结构的关系4影响高聚物导电性的因素5高聚物的静电现象6静电的危害与防止3高聚物的导电性与分子结构的关系饱和非极性高聚物极性高聚物共轭高聚物电荷转移络合物自由基－离子化合物有机金属聚合物本身电绝缘性优异、外带杂质本征电离电子离域电子转移电子迁移电子电导聚苯乙烯、聚乙烯聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氯乙烯碳纤维二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象1高聚物的导电特点2表面电阻率和体积电阻率3高聚物的导电性与分子结构的关系4影响高聚物导电性的因素5高聚物的静电现象6静电的危害与防止4影响高聚物导电性的因素1分子结构2分子量3结晶与取向4交联5杂质6环境湿度7材料表观结构二、聚合物的导电性及高聚物的静电现象1高聚物的导电特点2表面电阻率和体积电阻率3高聚物的导电性与分子结构的关系4影响高聚物导电性的因素5高聚物的静电现象6静电的危害与防止4）静电产生的原因：+-+-接触前的电中性结构+-+-接触介面的“双电层结构”-+摩擦分离后的带电结构5高聚物的静电现象摩擦产生热量，加速电子运动，静电现象更为严重。介电系数高的带正电介电系数低的带负电玻璃纤维羊毛