第十章聚合物的電學(xué)性能ElectricalPropertyofPolymer高分子物理引言聚合物的電性能是指在外加電場作用下，材料所表現(xiàn)出來的介電性能、導(dǎo)電性能、電擊穿性質(zhì)以及與其他材料接觸、摩擦?xí)r所引起的表面靜電性質(zhì)等。介電性能電容導(dǎo)電性能聚合物電池絕緣性能在外電場作用下，不導(dǎo)電的物體，即電介質(zhì)，在緊靠帶電體的一端會(huì)出現(xiàn)異號(hào)的過剩電荷，另一端則出現(xiàn)同號(hào)的過剩電荷，這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的極化。10.1聚合物的介電性能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）界面極化前兩種為變形極化或者誘導(dǎo)極化，第三種為永久偶極矩的取向極化。

電子極化：外電場作用下分子中各個(gè)原子或離子的價(jià)電子云相對(duì)原子核的位移，使分子帶上偶極矩。極化過程所需的時(shí)間極短，約為10-13~10-15s。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(gè)，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10-13s并伴有微量能量損耗。10.1聚合物的介電性能極性分子本身具有永久偶極矩，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章，因此宏觀平均偶極矩幾乎為零。當(dāng)有外電場時(shí)，極性分子除發(fā)生電子極化和原子極化外，其偶極子還會(huì)沿電場方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)、排列，產(chǎn)生分子取向，表現(xiàn)出宏觀偶極矩。取向極化或偶極極化10.1聚合物的介電性能+-+-+-+-+-+-+-+-+-+++++++-------+-+-+-+-+-+-+-+-+-++++++++-+-+-+-+-+-+-+-+--------abc介電常數(shù)

介電常數(shù)：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。10.1聚合物的介電性能VV電工中一般認(rèn)為電阻率超過10歐/厘米的物質(zhì)便歸于電介質(zhì)。電介質(zhì)的帶電粒子是被原子、分子的內(nèi)力或分子間的力緊密束縛著，因此這些粒子的電荷為束縛電荷。在外電場作用下，這些電荷也只能在微觀范圍內(nèi)移動(dòng)，產(chǎn)生極化。10.1聚合物的介電性能常用電介質(zhì)有：氣體電介質(zhì)有空氣、氫、六氟化硫(SF6)，液體電介質(zhì)有變壓器油、石油、純水，固體電介質(zhì)有云母、瓷、橡膠、紙、聚苯乙烯電介質(zhì)在交變電場中極化時(shí)，會(huì)因極化方向的變化而損耗部分能量和發(fā)熱，稱介電損耗。

介電損耗產(chǎn)生的原因（1）電導(dǎo)損耗：是指電介質(zhì)所含的微量導(dǎo)電載流子在電場作用下流動(dòng)時(shí)，因克服電阻所消耗的電能。這部分損耗在交變電場和恒定電場中都會(huì)發(fā)生。由于通常聚合物導(dǎo)電性很差，故電導(dǎo)損耗一般很小。

10.1聚合物的介電性能對(duì)非極性聚合物而言，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，其主要部分為極化損耗。（2）極化損耗：這是由于分子偶極子的取向極化造成的。取向極化是一個(gè)松弛過程，交變電場使偶極子轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度滯后于電場變化速率，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。10.1聚合物的介電性能+-+-+-+-+-+-+-+-+-+++++++-------+-+-+-+-+-+-+-+-+-++++++++-+-+-+-+-+-+-+-+--------abc10.2聚合物的導(dǎo)電性能1、體積電阻與表面電阻材料導(dǎo)電性通常用電阻率ρ或電導(dǎo)率σ表示，兩者互為倒數(shù)關(guān)系。按定義有：式中：R為試樣的電阻，S為試樣截面積，d為試樣長度（或厚度，為電流流動(dòng)方向的長度）。將聚合物電介質(zhì)置于兩平行電極板之間，施加電壓V，測得流過電介質(zhì)內(nèi)部的電流稱體積電流，按歐姆定律，定義體積電阻：體積電阻率是材料重要的電學(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：10.2聚合物的導(dǎo)電性能材料絕緣體半導(dǎo)體電阻率/Ω?m1018-107材料導(dǎo)體超導(dǎo)體107-10-5電導(dǎo)率/Ω-1?m-110-18-10-710-7-105電阻率/Ω?m電導(dǎo)率/Ω-1?m-110-5-10-810-8以下108以上105-108材料的導(dǎo)電性評(píng)價(jià)表面電阻率與聚合物材料抗靜電性能有關(guān)。在試樣的同一表面上放置兩個(gè)電極，施加電壓V，測得流過電介質(zhì)表面的電流稱表面電流，同理，表面電阻定義為：10.2聚合物的導(dǎo)電性能SampleV-SourceAPicoammeterGuard+VolumeResistivity70年代，發(fā)現(xiàn)了聚乙炔的制備方法。通過加入1000倍的催化劑，合成得到了銀色薄膜（反式聚乙炔）。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)電度因此增加了一百萬倍，變成了導(dǎo)體。2、導(dǎo)電高分子發(fā)現(xiàn)10.2聚合物的導(dǎo)電性能白川英樹HeegerMacDiarmid本征型導(dǎo)電高分子高分子的導(dǎo)電性與π-電子的非定域化有關(guān)10.2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，與其它導(dǎo)電性物質(zhì)以