高分子科学基础-高分子材料电学性能PPT

第六节 高分子材料的电学性能高分子材料的电学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。

种类繁多的高分子材料的电学性能是丰富多彩的。

就导电性而言，高分子材料可以是绝缘体、半导体、导体和超导体。

多数聚合物材料具有卓越的电绝缘性能，其电阻率高、介电损耗小，电击穿强度高，加之又具有良好的力学性能、耐化学腐蚀性及易成型加工性能，使它比其他绝缘材料具有更大实用价值，已成为电气工业不可或缺的材料。

另一方面，导电高分子的研究和应用近年来取得突飞猛进的发展。

以MacDiarmid 、Heeger 、白川英树等人为代表高分子科学家发现，一大批分子链具有共轭π-电子结构的聚合物，如聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等，通过不同的方式掺杂，可以具有半导体（电导率σ=10-10-102 S •cm -1）甚至导体（σ=102-106 S •cm -1）的电导率。

通过结构修饰（衍生物、接枝、共聚）、掺杂诱导、乳液聚合、化学复合等方法人们又克服了导电高分子不溶不熔的缺点，获得可溶性或水分散性导电高分子，大大改善了加工性，使导电高分子进入实用领域。

白川英树等人因其开创性和富有成效的工作获得2000年度诺贝尔化学奖。

研究聚合物电学性能的另一缘由是因为聚合物的电学性质非常灵敏地反映材料内部的结构特征和分子运动状况，因此如同力学性质的测量一样，电学性质的测量也成为研究聚合物结构与分子运动的一种有效手段。

一、聚合物的极化和介电性能（一）聚合物电介质在外电场中的极化在外电场作用下，电介质分子中电荷分布发生变化，使材料出现宏观偶极矩，这种现象称电介质的极化。

极化方式有两种：感应极化和取向极化。

根据分子本身是否具有永久偶极矩，物质分子可分为极性分子和非极性分子两大类，其极化方式不同。

非极性分子本身无偶极矩，在外电场作用下，原子内部价电子云相对于原子核发生位移，使正负电荷中心分离，分子带上偶极矩；或者在外电场作用下，电负性不同的原子之间发生相对位移，使分子带上偶极矩。

第六节 高分子材料的电学性能高分子材料的电学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。

种类繁多的高分子材料的电学性能是丰富多彩的。

就导电性而言，高分子材料可以是绝缘体、半导体、导体和超导体。

多数聚合物材料具有卓越的电绝缘性能，其电阻率高、介电损耗小，电击穿强度高，加之又具有良好的力学性能、耐化学腐蚀性及易成型加工性能，使它比其他绝缘材料具有更大实用价值，已成为电气工业不可或缺的材料。

另一方面，导电高分子的研究和应用近年来取得突飞猛进的发展。

以MacDiarmid 、Heeger 、白川英树等人为代表高分子科学家发现，一大批分子链具有共轭π-电子结构的聚合物，如聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等，通过不同的方式掺杂，可以具有半导体（电导率σ=10-10-102 S •cm -1）甚至导体（σ=102-106 S •cm -1）的电导率。

通过结构修饰（衍生物、接枝、共聚）、掺杂诱导、乳液聚合、化学复合等方法人们又克服了导电高分子不溶不熔的缺点，获得可溶性或水分散性导电高分子，大大改善了加工性，使导电高分子进入实用领域。

白川英树等人因其开创性和富有成效的工作获得2000年度诺贝尔化学奖。

研究聚合物电学性能的另一缘由是因为聚合物的电学性质非常灵敏地反映材料内部的结构特征和分子运动状况，因此如同力学性质的测量一样，电学性质的测量也成为研究聚合物结构与分子运动的一种有效手段。

一、聚合物的极化和介电性能（一）聚合物电介质在外电场中的极化在外电场作用下，电介质分子中电荷分布发生变化，使材料出现宏观偶极矩，这种现象称电介质的极化。

极化方式有两种：感应极化和取向极化。

根据分子本身是否具有永久偶极矩，物质分子可分为极性分子和非极性分子两大类，其极化方式不同。

非极性分子本身无偶极矩，在外电场作用下，原子内部价电子云相对于原子核发生位移，使正负电荷中心分离，分子带上偶极矩；或者在外电场作用下，电负性不同的原子之间发生相对位移，使分子带上偶极矩。

第8章高分子材料的电学性能高分子材料是一类由大量重复单元（称为聚合物）构成的化合物，具有广泛的应用领域。

在这些材料中，电学性能是其中一个重要的特性。

本文将讨论高分子材料的电学性能，包括导电性、介电性和电子运输性质，并介绍一些相关的应用领域。

导电性是一个材料传导电流的能力。

在高分子材料中，导电性通常与电荷传输和电荷载流子浓度有关。

对于一些高分子材料，如导电聚合物，导电路径可以通过特殊的化学修饰或添加导电添加剂来实现。

这些材料在导电方面表现出色，因此在电池、太阳能电池、传感器和导电涂层等领域有着广泛的应用。

介电性是材料在外加电场下储存电能的能力。

高分子材料的介电性通常与材料的极化行为相关。

通过改变高分子材料的结构和组成，可以调节材料的介电性能，从而用于电容器、绝缘材料和电子陶瓷等应用。

高分子材料在这些领域的应用主要是基于其低成本、良好的加工性能和机械强度。

电子运输性质是电子在高分子材料中传输的能力。

高分子材料的电子运输性质主要与材料的载流子迁移率和载流子浓度有关。

通过调节材料的化学结构和组成，可以实现高分子材料的电子运输性能的调控。

这些材料在有机电子学和光电子学等领域有着广泛的应用，如有机太阳能电池、有机场效应晶体管和有机发光二极管等。

除了以上的基本电学性能，高分子材料还可以通过添加导电添加剂、纳米填料和各种化学修饰来实现特殊的电学性能。

例如，通过掺杂导电添加剂，可以调节材料的导电性能，提高电导率。

通过添加纳米填料，可以改善材料的介电性能和力学强度。

通过化学修饰，可以改变材料的表面性质，如表面电导率和阻抗。

综上所述，高分子材料的电学性能是其重要的特性之一、在导电性、介电性和电子运输性质等方面的研究为高分子材料在电子学和光电子学等领域的应用提供了理论基础和技术支持。

未来，随着对高分子材料电学性能研究的深入，这些材料在先进电子器件和能源转换等领域的应用有望得到更好地开发和应用。