K第十章-聚合物的電性能

第十章聚合物的電學性能ElectricalPropertyofPolymer高分子物理引言聚合物的電性能是指在外加電場作用下，材料所表現(xiàn)出來的介電性能、導電性能、電擊穿性質(zhì)以及與其他材料接觸、摩擦時所引起的表面靜電性質(zhì)等。介電性能電容導電性能聚合物電池絕緣性能在外電場作用下，不導電的物體，即電介質(zhì)，在緊靠帶電體的一端會出現(xiàn)異號的過剩電荷，另一端則出現(xiàn)同號的過剩電荷，這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的極化。10.1聚合物的介電性能主要有以下幾種極化：（1）電子極化（2）原子極化（3）偶極極化（4）界面極化前兩種為變形極化或者誘導極化，第三種為永久偶極矩的取向極化。

電子極化：外電場作用下分子中各個原子或離子的價電子云相對原子核的位移，使分子帶上偶極矩。極化過程所需的時間極短，約為10-13~10-15s。原子極化：分子骨架在外電場作用下發(fā)生變形造成的，使分子帶上偶極矩。如CO2分子是直線形結(jié)構(gòu)O=C=O，極化后變成個，分子中正負電荷中心發(fā)生了相對位移。極化所需要的時間約為10-13s并伴有微量能量損耗。10.1聚合物的介電性能極性分子本身具有永久偶極矩，通常狀態(tài)下由于分子的熱運動，各偶極矩的指向雜亂無章，因此宏觀平均偶極矩幾乎為零。當有外電場時，極性分子除發(fā)生電子極化和原子極化外，其偶極子還會沿電場方向發(fā)生轉(zhuǎn)動、排列，產(chǎn)生分子取向，表現(xiàn)出宏觀偶極矩。取向極化或偶極極化10.1聚合物的介電性能+-+-+-+-+-+-+-+-+-+++++++-------+-+-+-+-+-+-+-+-+-++++++++-+-+-+-+-+-+-+-+--------abc介電常數(shù)

介電常數(shù)：含有電介質(zhì)的電容器的電容與相應真空電容器的電容之比。10.1聚合物的介電性能VV電工中一般認為電阻率超過10歐/厘米的物質(zhì)便歸于電介質(zhì)。電介質(zhì)的帶電粒子是被原子、分子的內(nèi)力或分子間的力緊密束縛著，因此這些粒子的電荷為束縛電荷。在外電場作用下，這些電荷也只能在微觀范圍內(nèi)移動，產(chǎn)生極化。10.1聚合物的介電性能常用電介質(zhì)有：氣體電介質(zhì)有空氣、氫、六氟化硫(SF6)，液體電介質(zhì)有變壓器油、石油、純水，固體電介質(zhì)有云母、瓷、橡膠、紙、聚苯乙烯電介質(zhì)在交變電場中極化時，會因極化方向的變化而損耗部分能量和發(fā)熱，稱介電損耗。

介電損耗產(chǎn)生的原因（1）電導損耗：是指電介質(zhì)所含的微量導電載流子在電場作用下流動時，因克服電阻所消耗的電能。這部分損耗在交變電場和恒定電場中都會發(fā)生。由于通常聚合物導電性很差，故電導損耗一般很小。

10.1聚合物的介電性能對非極性聚合物而言，電導損耗可能是主要的。對極性聚合物的介電損耗而言，其主要部分為極化損耗。（2）極化損耗：這是由于分子偶極子的取向極化造成的。取向極化是一個松弛過程，交變電場使偶極子轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)動速度滯后于電場變化速率，使一部分電能損耗于克服介質(zhì)的內(nèi)粘滯阻力上，這部分損耗有時是很大的。10.1聚合物的介電性能+-+-+-+-+-+-+-+-+-+++++++-------+-+-+-+-+-+-+-+-+-++++++++-+-+-+-+-+-+-+-+--------abc10.2聚合物的導電性能1、體積電阻與表面電阻材料導電性通常用電阻率ρ或電導率σ表示，兩者互為倒數(shù)關系。按定義有：式中：R為試樣的電阻，S為試樣截面積，d為試樣長度（或厚度，為電流流動方向的長度）。將聚合物電介質(zhì)置于兩平行電極板之間，施加電壓V，測得流過電介質(zhì)內(nèi)部的電流稱體積電流，按歐姆定律，定義體積電阻：體積電阻率是材料重要的電學性質(zhì)之一。按照的大小，將材料分為導體、半導體、絕緣體和超導體四類：10.2聚合物的導電性能材料絕緣體半導體電阻率/Ω?m1018-107材料導體超導體107-10-5電導率/Ω-1?m-110-18-10-710-7-105電阻率/Ω?m電導率/Ω-1?m-110-5-10-810-8以下108以上105-108材料的導電性評價表面電阻率與聚合物材料抗靜電性能有關。在試樣的同一表面上放置兩個電極，施加電壓V，測得流過電介質(zhì)表面的電流稱表面電流，同理，表面電阻定義為：10.2聚合物的導電性能SampleV-SourceAPicoammeterGuard+VolumeResistivity70年代，發(fā)現(xiàn)了聚乙炔的制備方法。通過加入1000倍的催化劑，合成得到了銀色薄膜（反式聚乙炔）。利用碘蒸氣改變聚乙炔的性質(zhì)，令他們驚訝的是，反式聚乙炔的導電度因此增加了一百萬倍，變成了導體。2、導電高分子發(fā)現(xiàn)10.2聚合物的導電性能白川英樹HeegerMacDiarmid本征型導電高分子高分子的導電性與π-電子的非定域化有關10.2聚合物的導電性能復合型導電高分子材料是指以絕緣的有機高分子材料為基體，與其它導電性物質(zhì)以