高聚物的電學(xué)性能

1、高聚物的電學(xué)性能高聚物的電學(xué)性能工程應(yīng)用工程應(yīng)用電容器電容器介電損耗盡可能小，介電常數(shù)盡可能大，介電強(qiáng)度很高介電損耗盡可能小，介電常數(shù)盡可能大，介電強(qiáng)度很高儀表絕緣儀表絕緣電阻率和介電強(qiáng)度高而介電損耗很低絕緣材料電阻率和介電強(qiáng)度高而介電損耗很低絕緣材料無線電遙控?zé)o線電遙控優(yōu)良的高頻、超高頻絕緣材料優(yōu)良的高頻、超高頻絕緣材料紡織化工紡織化工具有一定的導(dǎo)電性具有一定的導(dǎo)電性1014 1012 1010 108 106 104 102 0 102 104 106 108 1010 1012 1014 1014 1014金屬金屬絕緣體絕緣體半導(dǎo)體半導(dǎo)體取取向向雜雜化化聚聚乙乙炔炔聚聚四四氟氟乙乙烯烯尼

2、尼龍龍順順式式聚聚乙乙炔炔反反式式聚聚乙乙炔炔摻摻雜雜聚聚苯苯胺胺摻摻雜雜聚聚吡吡咯咯高聚物的室溫電導(dǎo)率高聚物的室溫電導(dǎo)率 / (S/m)一、基本概念一、基本概念二、聚合物的導(dǎo)電性及高聚物的靜電現(xiàn)象二、聚合物的導(dǎo)電性及高聚物的靜電現(xiàn)象一、基本概念一、基本概念介電性質(zhì)：交變電場中介電性質(zhì)：交變電場中導(dǎo)電性質(zhì)：弱電場中導(dǎo)電性質(zhì)：弱電場中擊穿現(xiàn)象：強(qiáng)電場擊穿現(xiàn)象：強(qiáng)電場聚合物表面：靜電現(xiàn)象聚合物表面：靜電現(xiàn)象指聚合物在外加電壓或電場作指聚合物在外加電壓或電場作用下的行為及其所表現(xiàn)出來的用下的行為及其所表現(xiàn)出來的各種物理現(xiàn)象。各種物理現(xiàn)象。高聚物的電學(xué)性質(zhì)高聚物的電學(xué)性質(zhì)介電常數(shù)介電常數(shù)介電損耗介電損

3、耗介電擊穿介電擊穿介電常數(shù)：介電常數(shù)：無因次的純數(shù)，表征電介質(zhì)無因次的純數(shù)，表征電介質(zhì)貯存電能能力的大小，是衡量介質(zhì)在外貯存電能能力的大小，是衡量介質(zhì)在外電場中極化程度的宏觀物理量。電場中極化程度的宏觀物理量。介質(zhì)的電容率：介質(zhì)的電容率：表示單位面積和電網(wǎng)表示單位面積和電網(wǎng)厚度電介質(zhì)的電容值，單位為厚度電介質(zhì)的電容值，單位為 法拉法拉/米米表面束縛電荷表面束縛電荷電介質(zhì)的極化現(xiàn)象電介質(zhì)的極化現(xiàn)象高分子電介質(zhì)的極化現(xiàn)象高分子電介質(zhì)的極化現(xiàn)象偶極極化偶極極化電子極化電子極化原子極化原子極化取向極化取向極化原子的價電子云原子的價電子云分子骨架分子骨架位移極化位移極化/變形極化變形極化誘導(dǎo)偶極矩誘導(dǎo)偶

4、極矩極性分子沿電場方向排布取向極性分子沿電場方向排布取向e電子電子 a原子原子 取向取向極化率極化率 El 作用在分子上的局部電場強(qiáng)度作用在分子上的局部電場強(qiáng)度 偶極矩偶極矩極性分子取向極化作用示意圖極性分子取向極化作用示意圖無電場時無電場時有電場時有電場時電場強(qiáng)度、溫度很低電場強(qiáng)度、溫度很低高分子電介質(zhì)的極化現(xiàn)象高分子電介質(zhì)的極化現(xiàn)象偶極極化偶極極化電子極化電子極化原子極化原子極化取向極化取向極化原子的價電子云原子的價電子云分子骨架分子骨架位移極化位移極化/變形極化變形極化誘導(dǎo)偶極矩誘導(dǎo)偶極矩極性分子沿電場方向排布取向極性分子沿電場方向排布取向e電子電子 a原子原子 取向取向極化率極化率 E

5、l 作用在分子上的局部電場強(qiáng)度作用在分子上的局部電場強(qiáng)度 偶極矩偶極矩高聚物介電常數(shù)與高分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系高聚物介電常數(shù)與高分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系分子極性大小分子極性大小主要決定因素主要決定因素高聚物介電常數(shù)與高分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系高聚物介電常數(shù)與高分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系分子極性大小分子極性大小主要決定因素主要決定因素極性基團(tuán)在分子鏈上的位置極性基團(tuán)在分子鏈上的位置主鏈主鏈側(cè)基側(cè)基分子結(jié)構(gòu)的對稱性分子結(jié)構(gòu)的對稱性交聯(lián)、拉伸、支化交聯(lián)、拉伸、支化介電常數(shù)介電常數(shù)介電損耗介電損耗介電擊穿介電擊穿介電損耗：介電損耗：電介質(zhì)在交變電場中，由于消耗一部分電能，使介質(zhì)本電介質(zhì)在交變電場中，由于消耗一部分電能，使介質(zhì)本生發(fā)熱的現(xiàn)象。

6、生發(fā)熱的現(xiàn)象。1 電介質(zhì)中含有能導(dǎo)電的載流子，其在外加電場的作用下，產(chǎn)生電導(dǎo)電介質(zhì)中含有能導(dǎo)電的載流子，其在外加電場的作用下，產(chǎn)生電導(dǎo)電流，消耗掉一部分能量，轉(zhuǎn)化為熱能電流，消耗掉一部分能量，轉(zhuǎn)化為熱能電導(dǎo)損耗。電導(dǎo)損耗。2 電介質(zhì)在交變電場下的極化過程中，與電場發(fā)生能量交換電介質(zhì)在交變電場下的極化過程中，與電場發(fā)生能量交換產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：松弛損耗：取向過程為一松弛過程，電場使偶極子轉(zhuǎn)向時，一松弛損耗：取向過程為一松弛過程，電場使偶極子轉(zhuǎn)向時，一部分電能損耗與克服介質(zhì)的內(nèi)粘滯阻力上，轉(zhuǎn)化為熱量。部分電能損耗與克服介質(zhì)的內(nèi)粘滯阻力上，轉(zhuǎn)化為熱量。共振吸收：變形極化為一種彈性過程或諧振過程，黨

7、電場的頻共振吸收：變形極化為一種彈性過程或諧振過程，黨電場的頻率與原子或電子的固有振動頻率相同時發(fā)生。率與原子或電子的固有振動頻率相同時發(fā)生。介電損耗的表征：介電損耗的表征：表征材料介電損耗大小的物理量。表征材料介電損耗大小的物理量。物理意義：每周期內(nèi)介質(zhì)損耗的能量與介質(zhì)貯存的能量的比值。物理意義：每周期內(nèi)介質(zhì)損耗的能量與介質(zhì)貯存的能量的比值。Tg 介電損耗角正切介電損耗角正切影響介電損耗的因素影響介電損耗的因素分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)外加頻率外加頻率溫度溫度電壓電壓增塑劑增塑劑雜質(zhì)高聚物雜質(zhì)高聚物分子極性大小分子極性大小極性基團(tuán)密度極性基團(tuán)密度極性基團(tuán)的可動性極性基團(tuán)的可動性影響介電損耗的因素影響介

8、電損耗的因素介電常數(shù)大而介電損耗不大介電常數(shù)大而介電損耗不大影響介電損耗的因素影響介電損耗的因素分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)外加頻率外加頻率溫度溫度電壓電壓增塑劑增塑劑雜質(zhì)高聚物雜質(zhì)高聚物影響介電損耗的因素影響介電損耗的因素分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)外加頻率外加頻率溫度溫度電壓電壓增塑劑增塑劑雜質(zhì)高聚物雜質(zhì)高聚物各種頻率下介電常數(shù)和介電損耗與溫度的關(guān)系各種頻率下介電常數(shù)和介電損耗與溫度的關(guān)系T變化變化變化變化極化過程需要時間變化極化過程需要時間變化影響介電損耗的因素影響介電損耗的因素分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)外加頻率外加頻率溫度溫度電壓電壓增塑劑增塑劑雜質(zhì)高聚物雜質(zhì)高聚物Tg影響介電損耗的因素影響介電損耗的因素分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)

9、構(gòu)外加頻率外加頻率溫度溫度電壓電壓增塑劑增塑劑雜質(zhì)高聚物雜質(zhì)高聚物極性增塑劑極性增塑劑非極性增塑劑非極性增塑劑影響介電損耗的因素影響介電損耗的因素非極性增塑劑非極性增塑劑影響介電損耗的因素影響介電損耗的因素極性增塑劑極性增塑劑影響介電損耗的因素影響介電損耗的因素影響介電損耗的因素影響介電損耗的因素分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)外加頻率外加頻率溫度溫度電壓電壓增塑劑增塑劑雜質(zhì)高聚物雜質(zhì)高聚物Tg導(dǎo)電雜質(zhì)、極性雜質(zhì)導(dǎo)電雜質(zhì)、極性雜質(zhì)水水高聚物的介電松弛譜高聚物的介電松弛譜介電損耗溫度譜示意圖介電損耗溫度譜示意圖非晶態(tài)聚合物非晶態(tài)聚合物 鏈段鏈段1 極性側(cè)基繞極性側(cè)基繞CC的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)2 環(huán)單元的構(gòu)象振蕩環(huán)單元的

10、構(gòu)象振蕩3 主鏈局部鏈段的運(yùn)動主鏈局部鏈段的運(yùn)動部分結(jié)晶聚合物部分結(jié)晶聚合物 鏈段鏈段1 極性側(cè)基繞極性側(cè)基繞CC的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)2 環(huán)單元的構(gòu)象振蕩環(huán)單元的構(gòu)象振蕩3 主鏈局部鏈段的運(yùn)動主鏈局部鏈段的運(yùn)動 結(jié)晶區(qū)結(jié)晶區(qū) 非晶區(qū)非晶區(qū)晶區(qū)：晶區(qū)：1 晶區(qū)中高分子的鏈段的運(yùn)動晶區(qū)中高分子的鏈段的運(yùn)動2 結(jié)晶表面上的局部鏈段運(yùn)動結(jié)晶表面上的局部鏈段運(yùn)動3 晶格缺陷處的基團(tuán)運(yùn)動晶格缺陷處的基團(tuán)運(yùn)動固體高聚物的介電松弛過程固體高聚物的介電松弛過程介電常數(shù)介電常數(shù)介電損耗介電損耗介電擊穿介電擊穿介電擊穿：介電擊穿：在高壓下，大量的電能迅速釋放，使電極之間的在高壓下，大量的電能迅速釋放，使電極之間的材料局部被

11、燒毀的現(xiàn)象。材料局部被燒毀的現(xiàn)象。形成機(jī)理：形成機(jī)理：本征擊穿本征擊穿熱擊穿熱擊穿放電擊穿放電擊穿二、聚合物的導(dǎo)電性及高聚物的靜電現(xiàn)象二、聚合物的導(dǎo)電性及高聚物的靜電現(xiàn)象1 高聚物的導(dǎo)電特點高聚物的導(dǎo)電特點2 表面電阻率和體積電阻率表面電阻率和體積電阻率3 高聚物的導(dǎo)電性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系高聚物的導(dǎo)電性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系4 影響高聚物導(dǎo)電性的因素影響高聚物導(dǎo)電性的因素5 高聚物的靜電現(xiàn)象高聚物的靜電現(xiàn)象6 靜電的危害與防止靜電的危害與防止1 高聚物的導(dǎo)電特點高聚物的導(dǎo)電特點絕緣體絕緣體 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理導(dǎo)電機(jī)理電子導(dǎo)電電子導(dǎo)電離子導(dǎo)電離子導(dǎo)電電子電子空穴空穴正離子正離子負(fù)離子負(fù)離子強(qiáng)

12、極性原子或基團(tuán)的聚合物強(qiáng)極性原子或基團(tuán)的聚合物催化劑、添加劑、水份等催化劑、添加劑、水份等共軛聚合物共軛聚合物電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物自由基離子化合物自由基離子化合物有機(jī)金屬聚合物有機(jī)金屬聚合物1 高聚物的導(dǎo)電特點高聚物的導(dǎo)電特點電子導(dǎo)電電子導(dǎo)電P離子導(dǎo)電離子導(dǎo)電自由體積自由體積離子的遷移離子的遷移電子的電子的“躍遷躍遷”二、聚合物的導(dǎo)電性及高聚物的靜電現(xiàn)象二、聚合物的導(dǎo)電性及高聚物的靜電現(xiàn)象1 高聚物的導(dǎo)電特點高聚物的導(dǎo)電特點2 表面電阻率和體積電阻率表面電阻率和體積電阻率3 高聚物的導(dǎo)電性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系高聚物的導(dǎo)電性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系4 影響高聚物導(dǎo)電性的因素影響高聚物導(dǎo)電性的因素5

13、高聚物的靜電現(xiàn)象高聚物的靜電現(xiàn)象6 靜電的危害與防止靜電的危害與防止2 表面電阻率和體積電阻率表面電阻率和體積電阻率表面電阻率是沿試樣表面電流方向的直流表面電阻率是沿試樣表面電流方向的直流場強(qiáng)與該處單位長度的表面電流之比。場強(qiáng)與該處單位長度的表面電流之比。單位：歐姆單位：歐姆體積電阻率是體積電流方向的直流場強(qiáng)與體積電阻率是體積電流方向的直流場強(qiáng)與該處體積電流密度之比。該處體積電流密度之比。單位：歐單位：歐米米二、聚合物的導(dǎo)電性及高聚物的靜電現(xiàn)象二、聚合物的導(dǎo)電性及高聚物的靜電現(xiàn)象1 高聚物的導(dǎo)電特點高聚物的導(dǎo)電特點2 表面電阻率和體積電阻率表面電阻率和體積電阻率3 高聚物的導(dǎo)電性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)

14、系高聚物的導(dǎo)電性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系4 影響高聚物導(dǎo)電性的因素影響高聚物導(dǎo)電性的因素5 高聚物的靜電現(xiàn)象高聚物的靜電現(xiàn)象6 靜電的危害與防止靜電的危害與防止3 高聚物的導(dǎo)電性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系高聚物的導(dǎo)電性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系飽和非極性高聚物飽和非極性高聚物極性高聚物極性高聚物共軛高聚物共軛高聚物電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物自由基離子化合物自由基離子化合物有機(jī)金屬聚合物有機(jī)金屬聚合物本身電絕緣性優(yōu)異、外帶雜質(zhì)本身電絕緣性優(yōu)異、外帶雜質(zhì)本征電離本征電離電子離域電子離域電子轉(zhuǎn)移電子轉(zhuǎn)移電子遷移電子遷移電子電導(dǎo)電子電導(dǎo)聚苯乙烯、聚乙烯聚苯乙烯、聚乙烯聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氯乙烯聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氯

15、乙烯碳纖維碳纖維二、聚合物的導(dǎo)電性及高聚物的靜電現(xiàn)象二、聚合物的導(dǎo)電性及高聚物的靜電現(xiàn)象1 高聚物的導(dǎo)電特點高聚物的導(dǎo)電特點2 表面電阻率和體積電阻率表面電阻率和體積電阻率3 高聚物的導(dǎo)電性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系高聚物的導(dǎo)電性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系4 影響高聚物導(dǎo)電性的因素影響高聚物導(dǎo)電性的因素5 高聚物的靜電現(xiàn)象高聚物的靜電現(xiàn)象6 靜電的危害與防止靜電的危害與防止4 影響高聚物導(dǎo)電性的因素影響高聚物導(dǎo)電性的因素1 分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)2 分子量分子量3 結(jié)晶與取向結(jié)晶與取向4 交聯(lián)交聯(lián)5 雜質(zhì)雜質(zhì)6 環(huán)境濕度環(huán)境濕度7 材料表觀結(jié)構(gòu)材料表觀結(jié)構(gòu)二、聚合物的導(dǎo)電性及高聚物的靜電現(xiàn)象二、聚合物的導(dǎo)電性及高聚物的

16、靜電現(xiàn)象1 高聚物的導(dǎo)電特點高聚物的導(dǎo)電特點2 表面電阻率和體積電阻率表面電阻率和體積電阻率3 高聚物的導(dǎo)電性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系高聚物的導(dǎo)電性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系4 影響高聚物導(dǎo)電性的因素影響高聚物導(dǎo)電性的因素5 高聚物的靜電現(xiàn)象高聚物的靜電現(xiàn)象6 靜電的危害與防止靜電的危害與防止4）靜電產(chǎn)生的原因：）靜電產(chǎn)生的原因：+ -+ -接觸前的接觸前的電中性結(jié)電中性結(jié)構(gòu)構(gòu)+ -+ -接觸介面接觸介面的的“雙電雙電層結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)” -+ 摩擦分離摩擦分離后的帶電后的帶電結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)5 高聚物的靜電現(xiàn)象高聚物的靜電現(xiàn)象摩擦產(chǎn)生熱量，加速電子運(yùn)動，靜電現(xiàn)摩擦產(chǎn)生熱量，加速電子運(yùn)動，靜電現(xiàn)象更為嚴(yán)重。象更為嚴(yán)重。介電系數(shù)高介電系數(shù)高的帶正電的帶正電介電系數(shù)低介電系數(shù)低的帶負(fù)電的帶負(fù)電玻璃纖維玻璃纖維羊毛羊毛錦綸錦綸粘膠粘膠棉棉蠶絲蠶絲PVA滌綸滌綸PANPEPTFE正正負(fù)負(fù)二、聚合物的導(dǎo)電性及高聚物的靜電現(xiàn)象二、聚合物的導(dǎo)電性及高聚物的靜電現(xiàn)象1 高聚物的導(dǎo)電特點高聚物的導(dǎo)電特點2 表面電阻率和體積電阻率表面電阻率和體積電阻率3 高聚物的導(dǎo)電性