《高分子结构与性能》研究生课程教学课件（讲稿）聚合物介电性能

第二部分：性能篇聚合物的介电性能

二、聚合物的介电性能 第二部分：性能篇

聚合物电性能概述是指聚合物在外加电压或电场作用下的行为及所表现出来的各种物理现象介电性能：交变电场弱电场导电性能：击穿现象：强电场静电现象：onthepolymersurface

聚合物电性能概述 是指聚合物在外加电压或电场作用下的行为及其 所表现出来的各种物理现象 介电性能：交变电场 导电性能：弱电场 击穿现象：强电场 静电现象：on the polymer surface

具有卓越的电绝缘性能，其绝大多数聚合物是绝缘体介电损耗和电导率低，击穿强度高，为电器工业中不可缺少的介电材料和绝缘材料电容器：介电损耗尽可能小，介电常数尽可能大，介电强度很高仪表绝缘：电阻率和介电强度高而介电损耗很低绝缘材料无线电遥控技术：优良的高频、超高频绝缘材料电学性质的测量也成为研究聚合物结构与分子运动的一种有效手段：非常灵敏地反映材料内部结构的变化和分子运动状况

◼ 绝大多数聚合物是绝缘体，具有卓越的电绝缘性能，其 介电损耗和电导率低，击穿强度高，为电器工业中不可 缺少的介电材料和绝缘材料: 电容器：介电损耗尽可能小，介电常数尽可能大，介电 强度很高 仪表绝缘：电阻率和介电强度高而介电损耗很低绝缘材 料 无线电遥控技术：优良的高频、超高频绝缘材料 ◼ 电学性质的测量也成为研究聚合物结构与分子运动的一 种有效手段：非常灵敏地反映材料内部结构的变化和分 子运动状况

基本概念电介质束博电荷与自由电荷电介质极化偶极子与偶极矩静电现象介电驰豫1介电击穿

◼ 电介质 ◼ 束缚电荷与自由电荷 ◼ 电介质极化 ◼ 偶极子与偶极矩 ◼ 静电现象 ◼ 介电驰豫 ◼ 介电击穿 基本概念

电介质：以感应的方式对外电场作出响应，即沿着电场方向产生电偶极矩或电偶极矩的改变，这类材料称为电介质通常是指电阻率大于1010Q·cm的一类在电场中以感应而并非传导的方式呈现其电学性能的物质束缚电荷与自由电荷：在电介质中，原子、分子或离子中的正负电荷以共价键或离子键的形式被相互强烈地束缚着，通常称为束缚电荷。在电场作用下，正、负束缚电荷只能在微观尺度上作相对位移，不能作定向运动。正负束缚电荷间的相对偏移，产生感应偶极矩

5 电介质： 以感应的方式对外电场作出响应，即沿着电场方向产生电偶 极矩或电偶极矩的改变，这类材料称为电介质。 通常是指电阻率大于1010·cm的一类在电场中以感应而并非传 导的方式呈现其电学性能的物质。 束缚电荷与自由电荷： 在电介质中，原子、分子或离子中的正负电荷以共价键或离 子键的形式被相互强烈地束缚着，通常称为束缚电荷。在电场作 用下，正、负束缚电荷只能在微观尺度上作相对位移，不能作定 向运动。正负束缚电荷间的相对偏移，产生感应偶极矩

极化polarization在外电场作用下，电介质内部感生偶极矩的现象，或电介质中束缚看的电荷发生位移或者极性随电场方向改变的现象，称为电介质的极化自发极化：spontaneouspolarization在没有外电场作用时，晶体中存在着由于电偶极子的有序排列而产生的极化，称为自发极化6

6 极化 polarization 在外电场作用下, 电介质内部感生偶极矩的现象，或电介 质中束缚着的电荷发生位移或者极性随电场方向改变的 现象，称为电介质的极化。 自发极化：spontaneous polarization 在没有外电场作用时，晶体中存在着由于电偶极子的有序 排列而产生的极化，称为自发极化

电介质分为非极性电介质和极性电介质两大类非极性电介质由非极性分子组成，在无外电场时分子的正负电荷重心互相重合，不具有电偶极矩。只是在外电场作用下正负电荷出现相对位移，才出现电偶极矩。极性电介质由极性分子组成，即使在无外场时每个分子的正负电荷重心也不互相重合，具有固有电矩，它与铁电性有密切关系

7 电介质分为非极性电介质和极性电介质两大类。 非极性电介质由非极性分子组成，在无外电场时分子的正 负电荷重心互相重合，不具有电偶极矩。只是在外电场作用 下正负电荷出现相对位移，才出现电偶极矩。 极性电介质由极性分子组成，即使在无外场时每个分子的 正负电荷重心也不互相重合，具有固有电矩，它与铁电性有 密切关系

基本概念介电材料真空++0田OOpUofU9f电场E:HED:电位移dC0E,.EdEP: 极化强度P=-0pP=0O:金属板表面的(正的与负的)自由电荷D=O,D=0ando：介电材料表面的束缚电荷D=EE+PD=E.E真空介电常数(8.85×10-12As/Vm)E0相对介电常数AAaoC=80-E,C=E0电容dd8

8 基本概念 真空 平行板电容器 介电材料 电场 电位移 极化强度 金属板表面的(正的与负的)自由电荷 介电材料表面的束缚电荷 真空介电常数(8.85×10-12As/Vm) 相对介电常数 电容

极化响应电位移失量)D=&·E+P材料极化真空电位移强度P=%。8E with %=&,-1相对介电极化率常数X。=Zel +%ion +%or +%RID=e,.&·E非极化极化介电性质

9 电位移矢量 真空电位移 材料极化 强度 极化率 相对介电 常数 非极化 极化 介电性质 适用于： 电 机械 热 极化 极化响应

极化类型电介质的极化E=0E>0·电子极化电子云与原子核的相对位移诱导电偶极子·离子极化阴、阳离子的相对位移诱导电偶极子·转向极化固有电偶极子的指向在外场中转向·空间电荷极化在绝缘体界面移动载流子形成的极化high electronic conductivitylowelectronicconductivity

10 极化类型 电子极化 电子云与原子核的相对位移诱导电偶极 子 离子极化 阴、阳离子的相对位移诱导电偶极子 转向极化 固有电偶极子的指向在外场中转向 空间电荷极化 在绝缘体界面移动载流子形成的极化 电介质的极化