聚合物電學性能ppt課件(已修改)
2025-05-15 03:22 本頁面
【正文】 第 10章 聚合物的電學性能 Electricity Property of Polymer Chapter10 聚合物的電性能 167。 聚合物電性能概述 是指聚合物在外加電壓或電場作用下的行為及其所表現(xiàn)出來的各種物理現(xiàn)象 介電性能： 交變電場 導(dǎo)電性能： 弱電場 擊穿現(xiàn)象： 強電場 靜電現(xiàn)象： on the polymer surface Chapter10 聚合物的電性能 ? 絕大多數(shù)聚合物是絕緣體，具有卓越的電絕緣性能，其 介電損耗和電導(dǎo)率低，擊穿強度高 ，為電器工業(yè)中不可缺少的介電材料和絕緣材料 : 電容器： 介電損耗盡可能小，介電常數(shù)盡可能大，介電強度很高 儀表絕緣： 電阻率和介電強度高而介電損耗很低絕緣材料 無線電遙控技術(shù)： 優(yōu)良的高頻、超高頻絕緣材料 Chapter10 聚合物的電性能 ? 導(dǎo)電高分子的研究和應(yīng)用 ：分子鏈具有共軛 π電子結(jié)構(gòu)的聚合物，如聚乙炔、聚苯胺等，通過不同的方式摻雜，可以具有半導(dǎo)體（電導(dǎo)率 σ=1010102 S?cm1）甚至導(dǎo)體（ σ=102106 S?cm1）的電導(dǎo)率。 ? 電學性質(zhì)的測量也成為研究聚合物結(jié)構(gòu)與分子運動的一種有效手段： 非常靈敏地反映材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化和分子運動狀況 Chapter10 聚合物的電性能 一、電介質(zhì)的極化現(xiàn)象 二、極化機理 三、介電性能 四、影響介電性能的因素 167。 聚合物 介電性能 Chapter10 聚合物的電性能 介電性能： 指高聚物在電場作用下 ， 表現(xiàn)出對靜 電能的儲存和損耗的性質(zhì) ， 通常用介電常數(shù)和介電損耗來表示 。 這是由于聚合物分子在電場作用下發(fā)生 極化引起的 Chapter10 聚合物的電性能 一、 聚合物電介質(zhì)在外電場中的極化 現(xiàn)象 介電極化 在 外電場 作用下，或多或少會引起價電子或原子核的相對位移，造成了電荷的重新分布，稱為極化。 ? 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。前兩種產(chǎn)生的偶極矩稱誘導(dǎo)偶極矩，后一種為永久偶極矩的取向極化。 Chapter10 聚合物的電性能 極化機理： □ 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 1013~1015s □ 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 1013s并伴有微量能量損耗。 以上兩種極化統(tǒng)稱為 變形極化 或 誘導(dǎo)極化 其極化率不隨溫度變化而變化，聚合物在 高頻區(qū) 均能發(fā)生變形極化或 誘導(dǎo)極化 Chapter10 聚合物的電性能 ? 偶極極化（ 取向極化）： 是具有 永久偶極矩的極性分子 沿外場方向排列的現(xiàn)象。極化所需要的時間長，一般為 109s，發(fā)生于低頻區(qū)域。 ?極化偶極矩 μ的大小，與外電場強度（ E）有關(guān)，比例系數(shù) 稱為分子極化率。 E?? ?(a)無電場 （ b）有電場 圖 1 偶極子在電場中取向 Chapter10 聚合物的電性能 按照極化機理不同，有電子極化率 ，原子極化率 和取向極化率 u?KT320?= （ 為永久偶極矩 ） 0?對于 極性分子 : uea ???? ???對于 非極性分子 : ea ??? ??根據(jù)高聚物中各種基團的有效偶極矩 ， 可以把高聚物按極性大小分為四類： 非極性： PE、 PP、 PTFE 弱極性： PS、 NR 極性： PVC、 PA、 PVAc、 PMMA 強極性： PVA、 PET、 PAN、 酚醛樹脂 、 氨基樹脂 高聚物的有效偶極矩與所帶基團的偶極矩不完全一致，結(jié)構(gòu)對稱性會導(dǎo)致偶極矩部分或全部相互抵消。 e?a? a?Chapter10 聚合物的電性能 二、聚合物的介電性能 0Q?00000 //QUQUQCC ??????? 介電常數(shù) 介質(zhì)電容器的電容 C比真空 電容器 C0的電容增加的倍數(shù)。 式中： 為極板上的原有電荷， 為感應(yīng)電荷。 Q?真空 電介質(zhì) 圖 2 平行板電容器示意圖 Chapter10 聚合物的電性能 □ 是衡量高聚物極化程度的宏觀物理量。表征電介質(zhì)儲存電荷和電能的能力，從上式可以看出，介電常數(shù)越大，極板上產(chǎn)生的感應(yīng)電荷 Qˊ和儲
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