高聚物的电性能
- 格式:pptx
- 大小:2.48 MB
- 文档页数:134
介电性能求助编辑介电性能是指在电场作用下,表现出对静电能的储蓄和损耗的性质,通常用介电常数和介质损耗来表示.材料应用高频技术时,如实木复合地板采用高频热压时介电性能是非常重要的性质。
介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场,原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介电常数(permittivity),又称诱电率。
目录编辑本段简介无机介质材料表现出来的介电性能的应用中,还涉及到介电常数、介电损耗因子和介电强度等。
介电常数又叫介质常数、介电系数或电容率,它是表示绝缘能力特性的一个系数,以字母ε表示,单位为法/米如果有高介电常数的材料放在电场中,场的强度会在电介质内有可观的下降。
编辑本段损耗因子仅与介质有关,其大小可作为绝缘材料的判据。
介质由介电状态变为导电状态的临界电场强度称为介电强度。
常见溶剂的介电常数:H2O (水) 78.5HCOOH (甲酸) 58.5CH3COOH(乙酸)6.15CH3COOC2H5(乙酸乙酯)6.02HCON(CH3)2 (N,N-二甲基甲酰胺)36.7CH3OH (甲醇) 32.7C2H5OH (乙醇) 24.5CH3CH2CH2-OH(正丙醇)20.1CH3CH2CH2CH2-OH(正丁醇)17.8n-C6H13OH (正己醇)13.3CH3COCH3 (丙酮) 20.7C6H6 (苯) 2.28CCl4 (四氯化碳) 2.24n-C6H14 (正己烷)1.88CH3SOCH3(二甲基亚砜,DMSO)47.2编辑本段特性是指物质分子中的束缚电荷(只能在分子线度范围内运动的电荷)对外加电场的响应特性,它主要由相对介电常数εr'、相对介质损耗因数εr〃、介质损耗角正切tanδ和介质等效阻抗等参数来表征。
油和水(纯净的水)都属绝缘体。
但纯净的水的介电性能远远高于油。
拿相对介电常数来讲,水的介电常数是81,而变压器油的在3-5之间。
高聚物的介电性能高聚物的介电性能是指高聚物在电场作用下,表现出对静电能的储存和损耗的性质,通常用介电常数和介电损耗来表示。
高聚物的介电常数与结构的关系高分子材料作为一类重要的材料,在电子器件、能源存储等领域具有广泛的应用前景。
其中,高聚物的介电常数是一个非常重要的性质,它直接影响着高聚物材料在电子器件中的性能表现。
本文将探讨高聚物的介电常数与结构之间的关系。
首先,介电常数是衡量材料电绝缘性能的一个重要指标,它反映了材料在电场中储存和释放电能的能力。
对于高聚物材料来说,介电常数的值通常较高,因为高聚物分子链中存在着大量的极性基团。
这些极性基团能够极化,并在外界电场作用下产生电偶极矩,从而实现电能的储存和释放。
其次,高聚物的结构对其介电常数有着直接的影响。
高聚物的结构可以分为线性结构、分支结构和网络结构等。
一般情况下,线性结构的高聚物具有较低的介电常数,而分支结构和网络结构的高聚物则具有较高的介电常数。
这是因为分支结构和网络结构的高聚物具有更多的分子运动自由度,能够更好地响应外界电场的作用,从而实现更高的电极化程度。
此外,高聚物中的官能团和侧链结构也会对介电常数产生影响。
官能团和侧链结构的引入可以改变高聚物的极性,从而影响其分子极化能力。
一些具有极性官能团的高聚物,如羟基、酮基和醚基等,在外界电场作用下能够更容易地产生分子极化,从而具有较高的介电常数。
最后,高聚物的晶型结构和晶化程度也会对介电常数产生一定的影响。
晶型结构的不同会导致高聚物分子链的排列方式发生变化,从而影响其分子极化能力。
晶化程度的提高则意味着高聚物分子链的有序程度增加,分子极化能力也相应增强,因此介电常数也会有所增加。
综上所述,高聚物的介电常数与其结构密切相关。
高聚物的结构、官能团和晶型结构等因素都会对介电常数产生影响。
对于高聚物材料的设计和制备来说,需要充分考虑这些因素,以达到所需的介电常数和电子器件性能要求。
随着对高分子材料性质研究的不断深入,相信我们对高聚物的介电常数与结构之间的关系会有更深入的认识。
7.4 聚合物的电学性质一提起高聚物的电学性质,人们马上会想起高聚物是一种优良的电绝缘体,广泛用作电线包皮。
这的确是高聚物优良的电学性质的一个重要方面,即高的电阻率、很高的耐高频性、高的击穿强度,所以是一种理想的电绝缘材料。
其实有的高聚物还具有大的介电常数和很小的介电损耗,从而可以用作薄膜电容器的电介质。
还有其他具有特殊电功能的高聚物相继出现,比如高聚物驻极体、压电体、热电体、光导体、半导体、导体、超导体等。
研究高聚物的电学性质,除了生产上的实用价值外,它还有重要的物理意义,因为高聚物的电学性质往往最灵敏地反映高分子内部结构和分子运动之间的关系。
电学性质能在比力学性质更宽的频率范围内测定,测定精确性和灵敏性都高,因而成为研究高分子结构和分子运动的有力手段。
7.4.1 聚合物的介电性介电性是指高聚物在电场作用下,表现出对静电能的储存和损耗的性质。
通常用介电常数和介电损耗来表示。
根据高聚物中各种基团的有效偶极距μ,可以把高聚物按极性的大小分成四类:非极性(μ=0):聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯等弱极性(μ≤0.5):聚苯乙烯、天然橡胶等极性(μ>0.5):聚氯乙烯、尼龙、有机玻璃等强极性(μ>0.7):聚乙烯醇、聚酯、聚丙烯腈、酚醛树脂、氨基塑料等聚合物在电场下会发生以下几种极化:(1)电子极化,(2)原子极化,(3)偶极极化。
聚合物的极化程度用介电常数ε表示。
它定义为介质电容器的电容比真空电容器增加的倍数式中:V为直流电压;Q0、Q分别为真空电容器和介质电容器的两极板上产生的电荷;Q’为由于介质极化而在极板上感应的电荷。
介电常数的大小决定于感应电荷Q’的大小,所以它反映介质贮存电能的能力。
非极性分子只有电子和原子极化,ε较小;极性分子除有上述两种极化外,还有偶极极化,ε较大。
此外还有以下因素影响ε:(1)极性基团在分子链上的位置。
在主链上的极性基团活动性小,影响小;在柔性侧基上的极性基团活动性大,影响大。
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。
电沉积高聚物电沉积高聚物是一种具有广泛应用前景的新型材料,具备多种优秀性能和特点。
本文将从材料性质、制备方法、应用领域等方面,对电沉积高聚物作一详细介绍。
一、材料性质电沉积高聚物具有许多独特的性质,主要包括以下几个方面:1. 优异的导电性能:电沉积高聚物具有良好的导电性能,可在电子器件中起到重要作用,如传感器、电池等。
2. 高比表面积:由于其多孔性结构,电沉积高聚物具有大比表面积,能够提供更多的活性表面,有利于催化反应和吸附分离等过程。
3. 良好的机械性能:电沉积高聚物具有较高的强度和韧性,能够承受一定的机械负荷,适用于工程结构材料。
4. 调控性能:通过调整电沉积条件,可以控制电沉积高聚物的形貌、孔隙结构和组分成分,实现针对不同应用的定制化设计。
二、制备方法电沉积高聚物的制备方法多样,常见的包括电化学沉积法、化学沉积法和物理沉积法等。
下面分别介绍几种常用的制备方法:1. 电化学沉积法:通过在电解质溶液中施加电压或电流,将金属离子还原成金属沉积在电极表面,形成电沉积高聚物。
该方法具有制备简单、工艺条件温和等优点。
2. 化学沉积法:通过化学反应过程,在溶液中加入还原剂或氧化剂,使金属沉积在基底表面,形成电沉积高聚物。
该方法适用于大规模制备,但对反应条件要求较高。
3. 物理沉积法:采用蒸发、溅射或离子束沉积等物理方法,将金属原子或离子直接沉积在基底表面,形成电沉积高聚物。
该方法能够制备出薄膜或纳米结构的电沉积高聚物。
三、应用领域电沉积高聚物具有广泛的应用领域,下面列举几个常见的应用领域:1. 电化学传感器:电沉积高聚物能够作为传感器的灵敏层,用于检测环境中的气体、离子或生化分子等。
其高导电性能和活性表面使其能够实现高灵敏度的检测。
2. 能量存储:电沉积高聚物可用于制备超级电容器和锂离子电池等能量存储装置。
其大比表面积和优异的导电性能使得电能的快速储存和释放成为可能。
3. 催化剂:通过调控电沉积高聚物的成分和形貌,可以制备成具有良好催化性能的材料,用于催化反应,如氢氧化物表面电极,电催化二氧化碳还原等。