【正文】 極化后的薄膜中實際存在兩類電荷：一類是由外界注入的被材料表面或體內(nèi)的各類陷阱捕獲的空間電荷；另一類是材料內(nèi)極性生色團分子定向排列所產(chǎn)生的偶極電荷。 這類材料具有一系列獨特的優(yōu)點，如優(yōu)異的光學(xué)質(zhì)量、低介電常數(shù)、皮秒至飛秒的響應(yīng)速度、優(yōu)異的可加工性和可集成性等。 壓電聚合物首先是介電材料，其 ε 和 tanδ 自然是兩個重要材料參數(shù)。 受水分影響較大的有酚醛、脲醛、醇酸、尼龍、纖維素及由纖維素填充的其他塑料，而有機硅及聚四氟乙烯塑料等基本不受潮濕的影響。 （ c） （ d） 圖 572 漆包線的 tanδ溫度譜圖 1固化不夠； 2固化正常； 3固化正常； 4固化過度 （ a） （ b） 89 六、聚合物的吸濕性 水的介電常數(shù)很大（ ε ＝ 81）。 88 漆包線的質(zhì)量直接影響到電機、電器和電子產(chǎn)品的可靠性。 圖 571 不同定子絕緣線棒的 tanδ 溫度譜圖 87 五、評價固化體系 動態(tài)介電分析是一種簡便、快速的研究熱固性樹脂及以其為基體的復(fù)合材料和有機涂料的固化過程的有效方法。 圖 568 不同增塑劑含量 PVC的 圖 569 極性不同的聚合物 增塑劑體系 介電溫度譜 的介電損耗峰變化情況 85 三、研究共聚物、共混物和接枝聚合物 含叔胺聚氨酯（ PUM） 和聚氯乙稀 (PVC)共混物的介電性質(zhì) ,圖 570為 PVC含量不同的介電損耗曲線。 圖 567 聚甲醛 γ 松弛的各向異性 84 二、研究增塑作用 增塑劑的加入使聚合物的粘度降低，偶極轉(zhuǎn)向極化更容易，相當(dāng)于升高溫度的效果。 圖 566為取代基位置不同的聚苯乙烯的介電譜。 其他添加劑、雜質(zhì)、共混、老化、降解等也都在聚合物的介電譜上有各自的特征表現(xiàn)，所以介電譜還用于對添加劑、雜質(zhì)和共混體系的分析，對聚合物的固化過程、老化降解過程的研究。 聚合物的介電譜測量，廣泛應(yīng)用于聚合物結(jié)構(gòu)的研究。有些系統(tǒng)的測量速率很快 (最大采樣速率 55樣品 /sec)， 適用于快速固化樹脂體系。 德國 NETZSCH公司的 DEA 230型是一系列產(chǎn)品， 可以滿足不同客戶的需要和應(yīng)用。 時域 頻域法的測量原理就是先測得與介質(zhì)極化有關(guān)的電流、電荷或電壓隨時間變化的信息，再經(jīng)過傅立葉變換得出 、 （或 ）隨頻率變化的介電頻率譜。圖 561為相位比較法測量 和電導(dǎo)率 γ 的原理圖（ tanδ 與 γ 成比例， γ 隨溫度指數(shù)上升，在高溫下 tanδ 主要決定于 γ ）。 頻率較高時則采用諧振法，諧振法測試回路簡單，使用元件少，雜散電容及電感較小，在高頻率（可在 GHz以上）下可使測量誤差減小到允許范圍。 常用的電橋有：阻容電橋、變壓器電橋（也稱電感比例臂電橋）、雙 T電橋和不平衡電橋等。 76 （ 一 ） 電橋法 電橋法是測量 ε 和 tanδ 最廣泛使用的方法之一，其主要優(yōu)點是測量電容和損耗的范圍廣、精度高、頻帶寬，還可以采用三電極系統(tǒng)來消除表面電導(dǎo)和邊緣效應(yīng)帶來的測量誤差。 圖 548 PVC的介電溫度譜 74 三、動態(tài)介電分析測試技術(shù)及儀器 根據(jù)施加于待測試樣的激勵信號不同，介電譜技術(shù)可分為頻域介電譜技術(shù)、時域介電譜技術(shù)和白噪聲相關(guān)技術(shù)三大類。 72 圖 547為氧化后的聚乙烯的 tanδ 與羰基含量的關(guān)系，這樣微量的羰基可明顯地反映在介電損耗值的變化上，由此可見介電損耗法能靈敏地反映聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。 淬火使結(jié)晶度降低后，會使所有由非晶區(qū)引起的松弛過程的強度增加。 圖 545 PET的 tanδ 與溫度的關(guān)系 70 （ 2） 結(jié)晶聚合物的介電譜 在部分結(jié)晶的聚合物中，結(jié)晶區(qū)與非晶區(qū)共存，使介電松弛譜變得更復(fù)雜，除了在非晶區(qū)的偶極取向外，還有發(fā)生在結(jié)晶內(nèi)和結(jié)晶邊界上的各種分子運動。溫度變化，極化過程所需時間也隨之變化。介電損耗譜也反映了聚合物中不同的運動單元，每個損耗峰分別對應(yīng)于不同尺寸的運動單元的偶極在電場中轉(zhuǎn)向的極化程度和偶極轉(zhuǎn)向松弛過程的電能損耗。 66 1．頻率譜 如圖 542為聚合物的介電常數(shù)和損耗因子與頻率關(guān)系的總頻率譜圖。 在介電松弛譜圖上，聚合物的介電常數(shù)呈一個或多個臺階，介電損耗一般出現(xiàn)一個或多個峰值（極大值）分別對應(yīng)于不同尺寸運動單元的偶極子在電場中的松弛。 結(jié)晶、取向、交聯(lián)、共聚、共混以及加入添加劑等均能引起介電性能的變化。 通常非極性聚合物的 tanδ很小 （ 10－ 4） ， 而極性聚合物的 tanδ相對較大 ， 一般在 10－ 2數(shù)量級 。 UCidtdUCdtdUCI d 00 ?? ??? ?????? ?????? i?? ????（ 556） （ 557） ????????????????UCUCIIcr00t an 表征介電損耗的關(guān)系式， δ 稱為介電損耗角， tanδ 稱為介電損耗角正切，就是通常用以表征材料介電損耗大小的物理量。這種損耗是極性聚合物介電損耗的主要部分。對于非極性聚合物來說，主要是電導(dǎo)損耗。 62 （ 二 ） 介電損耗 1． 介電損耗的物理意義 電介質(zhì)在交變電場中會損耗部分能量而發(fā)熱，這種現(xiàn)象就是介電損耗。 ??2ndNMnn ???~342122????)3(~342120KTNMPd?????? ??????61 4． 聚合物的介電常數(shù) 按照偶極矩的大小，可以將高聚物大致分為四類，它們分別對應(yīng)于介電常數(shù)的某一數(shù)值范圍： ①非極性聚合物， μ =0D， ε =； ② 弱極性聚合物， 0＜ μ ≤ ， ε = ； ③ 中等極性聚合物， ＜ μ ≤ ， ε =； ④ 強極性聚合物， μ ， ε = 。 N~60 對于非極性電介質(zhì)有麥克斯韋關(guān)系 式中 ， n為非極性電介質(zhì)的折射率 ， 式 （ 551） 可寫成 式 （ 552） 不僅適用于非極性低分子 ， 對非極性聚合物也同樣適用 。 （ 3） 偶極子轉(zhuǎn)向極化 （ orientation polarization） 加上外場，偶極矩沿電場方向排列的幾率增大，雖然不是所有的偶極矩極子都完全沿外電場方向排列，但總體而言偶極矩不為零，介質(zhì)呈現(xiàn)極化，這種極化稱為偶極子轉(zhuǎn)化極化。原子在外電場作用下產(chǎn)生偏離平衡位置的位移，這種情況與離子晶體中的正負離子在外電場的作用下產(chǎn)生的偏離平衡位置的位移相似。 （ 1） 電子位移極化 （ electronic polarization） 構(gòu)成原子的電子云在外電場作用下產(chǎn)生了相對于原子核的位移，使正負電荷中心不再重合，于是就形成了感應(yīng)偶極矩，這種極化稱為電子位移極化。 57 2． 介質(zhì)極化 不論是感應(yīng)產(chǎn)生的偶極子 ， 還是固有偶極子沿電場方向排列的結(jié)果 ， 在介質(zhì)與電極的交界面就形成了束縛電荷 ， 這些電荷的極性與電極極性相反 ， 這種現(xiàn)象稱為介質(zhì)極化 （ polarization） 。 56 （ 一 ） 介電常數(shù) 1． 介電常數(shù)的物理含義 ε 為介電常數(shù)，表征電介質(zhì)貯存電能能力的大小，是介電材料的一個十分重要的性能指標。 在特殊場合（如要求利用介質(zhì)發(fā)熱）時，才用損耗因數(shù)大的材料。 用于儲能元件（如電容