高聚物的电学性能

第六章高聚物的电学性能¾交变电场¾弱电场¾强电场¾发生在聚合表面¾光导电¾压电¾热电（焦电）¾热释电¾驻极体等在外电场F 作用下，诱导偶极矩µ1为由取向极化引起的偶极矩µ2在外电场作用下所产生的偶极矩µ为αe ——电子极化率αa ——原子极化率αo ——取向极化率µ0——永久（固有）偶极矩E ——材料内部的场强，又称为局域场强E ≠F高聚物的有效偶极矩（单体单元偶极矩）与所带基团的偶极矩不完全一致，结构对称性会导致偶极矩部分或全部相互抵消介电系数：表征材料介电性能的主要参数（ε）含有该材料的电容器之电容C 与其在真空下的电容C 0之比值物理意义是电介质电容器储电能力的大小，在微观上则是电介质的极化能力式中，ε0为直流电场中的静电介电常数；M为高聚物的相对分子质量；ρ为密度；P为摩尔极化度；为阿伏加德罗常数。

克劳修斯-莫索提（Clausius-Mossotti）公式宏观的介电系数（ε）和微观的分子极化率（α）均反映了电介质材料的极化能力对于极性高聚物德拜（Debye）方程N~在高频电场下（>1014Hz），即极化时间为10-14s时，取向极化和原子极化都不容易发生，记这时的介电系数为ε（光频介电系数）∞对于非极性介质，介电系数ε与介质的光折射率n的平方相等介电损耗一个理想电容器的外电场作用下能储存电能，当外电场移去时，所储存的电能又全部释放出来，形成电源，没有能量损耗对于交变电压V=V 0e iwt ，理想电容器的电流I 理想和电压有90º相位差，ε1为介电系数，ε2为介电损耗因子，决定电介质内电能转变成热能的损耗程度对于高聚物电介质，在每一周期内所放出的能量就不等于所储存的能量，因为完成高聚物电介质偶极取向需要克服分子间相互作用而消耗一部分电能，这时，介电损耗介电损耗：电介质在交变电场中，由于消耗一部分电能使介质本身发热的现象产生介电损耗的原因：1. 电导损耗：电介质中含有能导电的载流子在外加电场的作用下，产生电导电流，消耗一部分电能转化为热能。

第7章 高聚物的电性能高聚物的电性能是指聚合物在外加电压或电场作用下的行为及其表现出的各种物理现象，包括在交变电场中的介电性质，在弱电场中的导电性质，在强电场中的击穿现象以及发生在聚合物表面的静电现象。

高分子材料，当前在电工应用中，主要作电绝缘材料和电介质。

它表现出非常宽广的电学性能指标：耐压可高达50×104V(温度范围由-269℃到300℃甚至更宽)；电阻率可达20个数量级以上；介电常数从小于2一直到100。

此外，它还有优越的高频性能。

研究高聚物的电学性质有很大的实际意义。

一方面，工程技术应用上需要选择及合成合适的高聚物材料：制造电容器应选用介电损耗小而介电常数尽可能大的材料；绝缘要求选用介电损耗小而电阻系数高的材料；电子工业需要优良高频和超高频绝缘材料；纺织工业需要使材料有一定导电性能，避免电荷积聚而给加工使用造成因难。

另一方面，高聚物的电学性能往往非常灵敏地反映了材料内部结构的变化，因而是研究高聚物结构分子运动的一种有力手段。

7.1 高聚物的极化及介电常数7.1.1 分子的极性和极化 1.分子的极性分子由原子以一定的几何构型组成的。

对整个分子来说，若其中电子层的电荷与核电荷中心相重合，这种分子叫做非极性分子，若中心不重合则称为极性分子。

有机化合物和高分子化合物主要由共价键构成，这种键的本质是成键电子对的电子层在成键方向上重叠的结果。

由于共价键的电子层分布可以恰好在两个成键原子的中间，也可以偏向电负性较大的原子一边，前者称为非极性键，后者称为极性键。

分子的极性或键的极性常用偶极距µr表示，它是两个电荷中心之间的距离d 和极上电荷q 的乘积： qd µ=r物的偶极矩数值。

表7–1 某些共价键的键距和分子的偶极距 键距分子偶极距 键 键距（D ）键 键距（D ）化合物 偶极距（D ）C －C 0 C=N 0.9 CH 4 0 C=C 0 C －F 1.83 C 6H 6 0 C －H 0.2 C －Cl 2.05 H 2O 1.85 C －N 0.4 C=O 2.5 CH 3Cl 1.86 C －O0.9C ≡N3.5C 2H 5OH1.76高聚物分子的偶极距也符合偶极距的矢量加和规律。