1、引引 言言 引引 言言 聚合物的電性能是指在外加電場(chǎng)作用下，材料所表現(xiàn)出來(lái)的聚合物的電性能是指在外加電場(chǎng)作用下，材料所表現(xiàn)出來(lái)的介電性能、導(dǎo)電性能、電擊穿性質(zhì)介電性能、導(dǎo)電性能、電擊穿性質(zhì)以及與其他材料接觸、摩以及與其他材料接觸、摩擦?xí)r所引起的擦?xí)r所引起的表面靜電性質(zhì)表面靜電性質(zhì)等。等。交變電場(chǎng)：交變電場(chǎng)：介電性能介電性能弱電場(chǎng)：弱電場(chǎng)：導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能強(qiáng)電場(chǎng)：強(qiáng)電場(chǎng)：擊穿現(xiàn)象擊穿現(xiàn)象摩擦：摩擦：靜電現(xiàn)象靜電現(xiàn)象在外電場(chǎng)作用下在外電場(chǎng)作用下，不導(dǎo)電的物體，即，不導(dǎo)電的物體，即電介質(zhì)電介質(zhì)，在緊靠，在緊靠帶電體的一端會(huì)出現(xiàn)異號(hào)的過(guò)剩電荷，另一端則出現(xiàn)帶電體的一端會(huì)出現(xiàn)異號(hào)的過(guò)剩電荷，另一端則出現(xiàn)

2、同號(hào)的過(guò)剩電荷，這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的極化。同號(hào)的過(guò)剩電荷，這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的極化。 聚合物的介電性能聚合物的介電性能 主要有以下幾種極化主要有以下幾種極化：（1 1）電子極化）電子極化（2 2）原子極化）原子極化（3 3）偶極極化）偶極極化（4 4）界面極化）界面極化前兩種為前兩種為變形極化或者誘導(dǎo)極化變形極化或者誘導(dǎo)極化，第三種為永久偶，第三種為永久偶極矩的極矩的取向極化。取向極化。 聚合物的介電性能聚合物的介電性能 分子骨架分子骨架在外電場(chǎng)作用下發(fā)生變形在外電場(chǎng)作用下發(fā)生變形造成的，使分子帶上偶極矩造成的，使分子帶上偶極矩 。如。如CO2分子是直線形分子是直線形結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)O=C=O，極化后

3、變成個(gè)，極化后變成個(gè) ， 分子中正負(fù)電分子中正負(fù)電荷中心發(fā)生了相對(duì)位移。極化所需要的時(shí)間約為荷中心發(fā)生了相對(duì)位移。極化所需要的時(shí)間約為10-13s并伴有微量能量損耗。并伴有微量能量損耗。 聚合物的介電性能聚合物的介電性能 極性分子本身具有極性分子本身具有永久偶極矩永久偶極矩，通常狀態(tài)下由于分子的，通常狀態(tài)下由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，各偶極矩的指向雜亂無(wú)章，因此宏觀平均偶極矩幾熱運(yùn)動(dòng)，各偶極矩的指向雜亂無(wú)章，因此宏觀平均偶極矩幾乎為零。乎為零。 當(dāng)有外電場(chǎng)時(shí)，極性分子除發(fā)生電子極化和原子極化外，當(dāng)有外電場(chǎng)時(shí)，極性分子除發(fā)生電子極化和原子極化外，其其偶極子還會(huì)沿電場(chǎng)方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)、排列，產(chǎn)生分子取向，偶極子

4、還會(huì)沿電場(chǎng)方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)、排列，產(chǎn)生分子取向，表現(xiàn)出宏觀偶極矩。表現(xiàn)出宏觀偶極矩。 高分子的極化包括各種運(yùn)動(dòng)單元的極化高分子的極化包括各種運(yùn)動(dòng)單元的極化 取向極化或偶極極化取向極化或偶極極化 聚合物的介電性能聚合物的介電性能 VQC/00VQC/00/1/QQCC介電常數(shù)：介電常數(shù)：含有電介質(zhì)的電容器的含有電介質(zhì)的電容器的電容與相應(yīng)真空電容器的電容之比電容與相應(yīng)真空電容器的電容之比。 聚合物的介電性能聚合物的介電性能 電介質(zhì)在交變電場(chǎng)中極化時(shí)，會(huì)因極化方向的變化而電介質(zhì)在交變電場(chǎng)中極化時(shí)，會(huì)因極化方向的變化而損耗部損耗部分能量和發(fā)熱，分能量和發(fā)熱，稱介電損耗。稱介電損耗。 介電損耗介電損耗 產(chǎn)生

5、的原因產(chǎn)生的原因 （1）電導(dǎo)損耗：）電導(dǎo)損耗：是指電介質(zhì)所含的微量導(dǎo)電載流子在電場(chǎng)是指電介質(zhì)所含的微量導(dǎo)電載流子在電場(chǎng)作用下流動(dòng)時(shí)，因作用下流動(dòng)時(shí)，因克服電阻所消耗的電能。克服電阻所消耗的電能。這部分損耗在交變電場(chǎng)和恒定電場(chǎng)中都會(huì)發(fā)生。這部分損耗在交變電場(chǎng)和恒定電場(chǎng)中都會(huì)發(fā)生。由于通常聚合物導(dǎo)電性很差，故由于通常聚合物導(dǎo)電性很差，故電導(dǎo)損耗一般很小。電導(dǎo)損耗一般很小。 聚合物的介電性能聚合物的介電性能 對(duì)非極性聚合物而言，對(duì)非極性聚合物而言，電導(dǎo)損耗可能是主要的。電導(dǎo)損耗可能是主要的。對(duì)極性聚合物的介電損耗而言，對(duì)極性聚合物的介電損耗而言，其主要部分為極化損耗。其主要部分為極化損耗。（2）極化

6、損耗：）極化損耗：這是由于分子偶極子的取向極化造成的。這是由于分子偶極子的取向極化造成的。 取取向極化是一個(gè)松弛過(guò)程，向極化是一個(gè)松弛過(guò)程，交變電場(chǎng)使偶極子轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度交變電場(chǎng)使偶極子轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度滯后于電場(chǎng)變化速率，使一部分電能損耗于克服介質(zhì)的內(nèi)粘滯滯后于電場(chǎng)變化速率，使一部分電能損耗于克服介質(zhì)的內(nèi)粘滯阻力上，這部分損耗有時(shí)是很大的。阻力上，這部分損耗有時(shí)是很大的。 聚合物的介電性能聚合物的介電性能 偶極極化是一個(gè)松弛過(guò)程，對(duì)外場(chǎng)的刺激響應(yīng)會(huì)有偶極極化是一個(gè)松弛過(guò)程，對(duì)外場(chǎng)的刺激響應(yīng)會(huì)有滯后，滯后，類似于動(dòng)態(tài)粘彈性類似于動(dòng)態(tài)粘彈性（a）電場(chǎng)交變頻率低，偶極子轉(zhuǎn)向與電場(chǎng)同步變化）電場(chǎng)交變

7、頻率低，偶極子轉(zhuǎn)向與電場(chǎng)同步變化（b）電場(chǎng)交變頻率提高，偶極子轉(zhuǎn)向滯后于電場(chǎng)變化）電場(chǎng)交變頻率提高，偶極子轉(zhuǎn)向滯后于電場(chǎng)變化 i* 聚合物的介電性能聚合物的介電性能 都描述高分子運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)都描述高分子運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng) 聚合物的導(dǎo)電性能聚合物的導(dǎo)電性能 體積電阻與表面電阻體積電阻與表面電阻 材料導(dǎo)電性通常用電阻率材料導(dǎo)電性通常用電阻率或電導(dǎo)率或電導(dǎo)率表示，兩者互為倒數(shù)表示，兩者互為倒數(shù)關(guān)系。按定義有：關(guān)系。按定義有： /1dSR 式中式中R為試樣的電阻，為試樣的電阻， S為試樣截面積，為試樣截面積， d為試樣長(zhǎng)度（或厚度，為電流流動(dòng)方向的長(zhǎng)度）。為試樣長(zhǎng)度（或厚度，為電流流動(dòng)方向的長(zhǎng)度）。將將

8、聚合物電介質(zhì)置于兩平行電極板之間聚合物電介質(zhì)置于兩平行電極板之間，施加電壓，施加電壓V，測(cè)得流過(guò)，測(cè)得流過(guò)電介質(zhì)內(nèi)部的電流稱體積電流，按歐姆定律，定義體積電阻等于：電介質(zhì)內(nèi)部的電流稱體積電流，按歐姆定律，定義體積電阻等于： vvIVR/ 體積電阻率體積電阻率是材料重要的電學(xué)性質(zhì)之一是材料重要的電學(xué)性質(zhì)之一 。按照的大小，將材料分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體和超導(dǎo)體四類：按照的大小，將材料分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體和超導(dǎo)體四類： 聚合物的導(dǎo)電性能聚合物的導(dǎo)電性能 表面電阻率表面電阻率與聚合物材料與聚合物材料抗靜電性能有關(guān)?？轨o電性能有關(guān)。 在試樣的同一表面上放置兩個(gè)電極在試樣的同一表面上放置兩個(gè)電極，施

9、加電壓，施加電壓V，測(cè)得流過(guò)電，測(cè)得流過(guò)電介質(zhì)表面的電流稱表面電流，同理，表面電阻定義為：介質(zhì)表面的電流稱表面電流，同理，表面電阻定義為： ssIVR/ 聚合物的導(dǎo)電性能聚合物的導(dǎo)電性能 聚合物的導(dǎo)電性能聚合物的導(dǎo)電性能 Hideki ShirakawaHideki Shirakawa 70年代，發(fā)現(xiàn)了聚乙炔的制備方法，多加了年代，發(fā)現(xiàn)了聚乙炔的制備方法，多加了1000倍的催化倍的催化劑，合成得到了漂亮的銀色薄膜（反式聚乙炔）。劑，合成得到了漂亮的銀色薄膜（反式聚乙炔）。Alan G. MacDiarmidAlan G. MacDiarmid利用碘蒸氣改變聚乙炔的性質(zhì)，令他們驚訝利用碘蒸氣改變聚乙炔的性質(zhì)，令他們驚訝的是，反式聚乙炔的導(dǎo)電度因此增加了一百的是，反式聚乙炔的導(dǎo)電度因此增加了一百萬(wàn)倍，變成了導(dǎo)體。萬(wàn)倍，變成了導(dǎo)體。 聚合物的導(dǎo)電性能聚合物的導(dǎo)電性能 本征型導(dǎo)電高分子本征型導(dǎo)電高分子高分子的導(dǎo)電性與高分子的導(dǎo)電性與-電子的非定域化有關(guān)電子的非定域化有關(guān) 聚合物的導(dǎo)電性能聚合物的導(dǎo)電性能 復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是指以絕緣的有機(jī)高分子材料為基體，復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是指以絕緣的有機(jī)高分子材料為基體，與其它導(dǎo)電性物質(zhì)以均勻分散復(fù)合、層