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1、第十章第十章 聚合物的电性能聚合物的电性能第一页，本课件共有18页引引 言言 第二页，本课件共有18页引引 言言 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介电性能、导电性能、电击穿性质电性能、导电性能、电击穿性质以及与其他材料接触、摩擦时以及与其他材料接触、摩擦时所引起的所引起的表面静电性质表面静电性质等。等。交变电场：交变电场：介电性能介电性能弱电场：弱电场：导电性能导电性能强电场：强电场：击穿现象击穿现象摩擦：摩擦：静电现象静电现象第三页，本课件共有18页在在外外电电场场作作用用下下，不不导导电电的的物物体体，即即电电介介质
2、质，在在紧紧靠靠带带电电体体的的一一端端会会出出现现异异号号的的过过剩剩电电荷荷，另另一一端端则则出出现现同号的过剩电荷，这种现象称为电介质的极化。同号的过剩电荷，这种现象称为电介质的极化。聚合物的介电性能聚合物的介电性能 主要有以下几种极化主要有以下几种极化：（1 1）电子极化）电子极化（2 2）原子极化）原子极化（3 3）偶极极化）偶极极化（4 4）界面极化）界面极化前前两两种种为为变变形形极极化化或或者者诱诱导导极极化化，第第三三种种为为永永久久偶偶极极矩矩的的取向极化。取向极化。第四页，本课件共有18页 聚合物的介电性能聚合物的介电性能 电电子子极极化化：外外电电场场作作用用下下分分子
3、子中中各各个个原原子子或或离离子子的的价价电电子子云云相相对对原原子子核核的的位位移移，使使使使分分分分子子子子带带带带上上上上偶偶偶偶极极极极矩矩矩矩。极极化过程所需的时间极短，约为化过程所需的时间极短，约为 1010-1310-15s 原原子子极极化化：分分子子骨骨架架在在外外电电场场作作用用下下发发生生变变形形造造成成的的，使使分分子子带带上上偶偶极极矩矩。如如CO2分分子子是是直直线线形形结结构构O=C=O，极极化化后后变变成成个个 ，分分子子中中正正负负电电荷荷中中心心发发生生了了相相对对位位移移。极极化化所所需需要要的的时时间间约约为为10-13s并并伴伴有有微微量量能能量量损耗。
4、损耗。第五页，本课件共有18页 聚合物的介电性能聚合物的介电性能 极极性性分分子子本本身身具具有有永永久久偶偶极极矩矩，通通常常状状态态下下由由于于分分子子的的热热运运动动，各各偶偶极极矩矩的的指指向向杂杂乱乱无无章章，因因此此宏宏观观平平均均偶偶极极矩矩几几乎乎为为零。零。当当有有外外电电场场时时，极极性性分分子子除除发发生生电电子子极极化化和和原原子子极极化化外外，其其偶偶极极子子还还会会沿沿电电场场方方向向发发生生转转动动、排排列列，产产生生分分子子取取向向，表表现出宏观偶极矩。现出宏观偶极矩。高分子的极化包括各种运动单元的极化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取向极
5、化或偶极极化第六页，本课件共有18页 聚合物的介电性能聚合物的介电性能 介电常数介电常数 介电常数：介电常数：含有电介质的电容器的电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容与相应真空电容器的电容之比。第七页，本课件共有18页 聚合物的介电性能聚合物的介电性能 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损耗部分能量和发热，能量和发热，称介电损耗。称介电损耗。介电损耗介电损耗 产生的原因产生的原因 （1）电导损耗：）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，因流动时，因
6、克服电阻所消耗的电能。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。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，故由于通常聚合物导电性很差，故电导损耗一般很小。电导损耗一般很小。第八页，本课件共有18页 聚合物的介电性能聚合物的介电性能 对非极性聚合物而言，对非极性聚合物而言，电导损耗可能是主要的。电导损耗可能是主要的。对极性聚合物的介电损耗而言，对极性聚合物的介电损耗而言，其主要部分为极化损耗。其主要部分为极化损耗。（2）极极化化损损耗耗：这这是是由由于于分分子子偶偶极极子子的的取取向向极极化化造造成成的的。取取向向极极化化是是一一个个松松弛弛过过程
7、程，交交变变电电场场使使偶偶极极子子转转向向时时，转转动动速速度度滞滞后后于于电电场场变变化化速速率率，使使一一部部分分电电能能损损耗耗于于克克服服介介质质的的内内粘粘滞滞阻阻力力上上，这部分损耗有时是很大的。这部分损耗有时是很大的。第九页，本课件共有18页 聚合物的介电性能聚合物的介电性能 偶极极化是一个松弛过程，对外场的刺激响应会有偶极极化是一个松弛过程，对外场的刺激响应会有滞后，滞后，类似于动态粘弹性类似于动态粘弹性（a）电场交变频率低，偶极子转向与电场同步变化）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）电场交变频率提高，偶极子转向滞后于电
8、场变化第十页，本课件共有18页 聚合物的介电性能聚合物的介电性能 都描述高分子运动单元的运动都描述高分子运动单元的运动第十一页，本课件共有18页 聚合物的导电性能聚合物的导电性能 体积电阻与表面电阻体积电阻与表面电阻 材材料料导导电电性性通通常常用用电电阻阻率率或或电电导导率率表表示示，两两者者互互为为倒倒数数关关系系。按定义有：按定义有：式中式中R为试样的电阻，为试样的电阻，S为试样截面积，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）。为试样长度（或厚度，为电流流动方向的长度）。第十二页，本课件共有18页将将聚聚合合物物电电介介质质置置于于两两平平行行电电极极板板之之间间，施施
9、加加电电压压V，测测得得流流过过电电介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：质内部的电流称体积电流，按欧姆定律，定义体积电阻等于：体积电阻率体积电阻率是材料重要的电学性质之一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：按照的大小，将材料分为导体、半导体、绝缘体和超导体四类：聚合物的导电性能聚合物的导电性能 第十三页，本课件共有18页表面电阻率表面电阻率与聚合物材料抗与聚合物材料抗静电性能有关。静电性能有关。在在试试样样的的同同一一表表面面上上放放置置两两个个电电极极，施施加加电电压压V，测测得得流流过过电电介介质表面的电流称表面电流，同理
10、，表面电阻定义为：质表面的电流称表面电流，同理，表面电阻定义为：聚合物的导电性能聚合物的导电性能 第十四页，本课件共有18页 聚合物的导电性能聚合物的导电性能 Hideki Shirakawa Hideki Shirakawa 70年代，发现了聚乙炔的制备方法，多加了年代，发现了聚乙炔的制备方法，多加了1000倍的催化剂，合成得倍的催化剂，合成得到了漂亮的银色薄膜（反式聚乙炔）。到了漂亮的银色薄膜（反式聚乙炔）。Alan G.MacDiarmidAlan G.MacDiarmid利利用用碘碘蒸蒸气气改改变变聚聚乙乙炔炔的的性性质质，令令他他们们惊惊讶讶的的是是，反反式式聚聚乙乙炔炔的的导导电电
11、度度因因此此增增加加了了一一百百万万倍倍，变成了导体。变成了导体。导电高分子发现导电高分子发现第十五页，本课件共有18页 聚合物的导电性能聚合物的导电性能 本征型导电高分子本征型导电高分子高分子的导电性与高分子的导电性与-电子的非定域化有关电子的非定域化有关第十六页，本课件共有18页 聚合物的导电性能聚合物的导电性能 复复合合型型导导电电高高分分子子材材料料是是指指以以绝绝缘缘的的有有机机高高分分子子材材料料为为基基体体，与与其其它它导导电电性性物物质质以以均均匀匀分分散散复复合合、层层叠叠复复合合或或形形成成表表面面导导电电膜等方式制得的一种有一定导电性能的复合材料。膜等方式制得的一种有一定导电性能的复合材料。复合型导电高分子复合型导电高分子第十七页，本课件共有18页大家对高分子物理课的认识怎样？重要吗？多重要？觉得高分子物理课哪些方面需要改进？对讲课方式的意见和建议？第十八页，本课件共有18页