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高聚物的电性能高聚物的电性能主讲主讲徐德增徐德增教授教授11/5/20221高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质一、高聚物的电性能一、高聚物的电性能总论总论高聚物具有体积电阻率高（高聚物具有体积电阻率高（10161020cm）、介电常数小（）、介电常数小

（2）、介质损）、介质损耗低（耗低（104）等半导体特殊优良的电性）等半导体特殊优良的电性能，同时某些高聚物还具有优良的导电性能，同时某些高聚物还具有优良的导电性能。

另外，由于高聚物成型加工容易，品能。

另外，由于高聚物成型加工容易，品型多，故在电器方法应用广泛。

型多，故在电器方法应用广泛。

11/5/20222高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质11/5/20223高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质高聚物的介电性高聚物的介电性定义定义高聚物的介电性是指高聚物在电场的作用下，高聚物的介电性是指高聚物在电场的作用下，表现出对静电能的储蓄的损耗的性质表现出对静电能的储蓄的损耗的性质。

影响高聚物介电性的因素影响高聚物介电性的因素高聚物的极性高聚物的极性高聚物的极化高聚物的极化介电性的表示方法介电性的表示方法介电常数介电常数介电损耗介电损耗11/5/20224高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质高聚物的极性类别高聚物的极性类别非极性高聚物（非极性高聚物（PE、PP、PTFE等等）弱极性高聚物（弱极性高聚物（PS、PIP等）等）极性高聚物（极性高聚物（PVC、PA、PVAC、PMMA等）等）强极性高聚物强极性高聚物（PVA、PAN、PET、酚醛树脂、氨基树脂等）酚醛树脂、氨基树脂等）11/5/20225高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质高聚物的极化（高聚物的极化（polarization）是电解质在电场的作用下分子内束缚电荷产是电解质在电场的作用下分子内束缚电荷产生弹性位移或偶极子沿电场的从优取向，生弹性位移或偶极子沿电场的从优取向，在电场方向的电解质两端呈现异号电荷的现在电场方向的电解质两端呈现异号电荷的现象。

象。

11/5/20226高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质高聚物的极化形式高聚物的极化形式极化形极化形式式极化机理极化机理特点特点适用对象适用对象电子极电子极化化电子云的变形电子云的变形极快，极快，10121015s；无无能量损耗；不依赖温度和能量损耗；不依赖温度和频率频率所有高聚物所有高聚物原子极原子极化化各原子之间的相对位各原子之间的相对位移移稍快，稍快，1012s；损耗微量损耗微量能量；不依赖温度能量；不依赖温度所有高聚物所有高聚物偶极极偶极极化化极性分子（或偶极子）极性分子（或偶极子）沿电场方向转动，从沿电场方向转动，从优取向优取向慢，慢，109s以上；损耗较以上；损耗较大能量；依赖温度和频率大能量；依赖温度和频率极性高聚物极性高聚物界面极界面极化化载流子在界面处聚集载流子在界面处聚集产生的极化产生的极化极慢，几分之一秒至几分极慢，几分之一秒至几分钟、几小时钟、几小时共混、复合共混、复合材料材料11/5/20227高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质高聚物高聚物在电场在电场中极化中极化示意图示意图11/5/20228高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质高聚物的介电常数（高聚物的介电常数（dielectricconstant）定义定义显然，高聚物极化程度越大，极板感应产生的显然，高聚物极化程度越大，极板感应产生的电荷电荷Q越大，介电常数越大。

越大，介电常数越大。

11/5/20229高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质常见高聚物的介电常数常见高聚物的介电常数高聚物高聚物计算值计算值实验实验值值高聚物高聚物计算值计算值实验值实验值聚乙烯（外推到无定型）聚乙烯（外推到无定型）聚丙烯（无定型）聚丙烯（无定型）聚氯化苯乙烯聚氯化苯乙烯聚四氟乙烯（无定型）聚四氟乙烯（无定型）聚氯乙烯聚氯乙烯聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯聚聚-氯代丙烯酸甲酯氯代丙烯酸甲酯2.202.152.552.1022.03.202.943.452.32.22.552.62.12.252.6/3.73.4聚聚-氯代丙烯酸乙酯氯代丙烯酸乙酯聚甲基丙烯酸乙酯聚甲基丙烯酸乙酯聚丙烯腈聚丙烯腈聚甲醛聚甲醛聚苯醚聚苯醚聚对苯二甲酸乙二酯聚对苯二甲酸乙二酯（无定型无定型）聚碳酸酯聚碳酸酯聚已二酰已二胺聚已二酰已二胺3.202.1003.262.952.653.403.004.143.12.7/3.43.13.12.62.9/3.22.6/3.04.011/5/202210高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质高聚物的介电损耗（高聚物的介电损耗（dielectricloss）定义定义是电介质在交变电场的作用下，将一部分电能转变为是电介质在交变电场的作用下，将一部分电能转变为热能而损耗的现象。

一般用损耗角的正切值表示。

热能而损耗的现象。

一般用损耗角的正切值表示。

VVIIcab式中式中实验测得的介电常数；实验测得的介电常数；高聚物将电能转变为热能损耗的程度。

高聚物将电能转变为热能损耗的程度。

11/5/202211高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质介电损耗的原因介电损耗的原因对非极性高聚物对非极性高聚物在交变电场中，所含的杂质产生的漏导电流，载流子流动时，克服内摩擦阻力而作功，使一部分电能转变为热能，属于欧姆损耗。

对极性高聚物对极性高聚物在交变电场中极化时，由于黏滞阻力，偶极子的转动取向滞后于交变电场的变化，致使偶极子发生强迫振动，在每次交变过程中，吸收一部分电能成热能而释放出来，属于偶极损耗。

损耗的大小取决于偶极极化的松弛特性。

11/5/202212高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质部分高聚物的介电损耗部分高聚物的介电损耗高聚物介电损耗（tan）60Hz103Hz106Hz高密度聚乙烯低密度聚乙烯聚丙烯聚苯乙烯聚四氟乙烯聚碳酸酯聚已内酰胺聚已二酰已二胺聚甲基丙烯酸甲酯聚氯乙烯聚偏乙烯ABS聚甲醛0.00020.00050.00050.00010.00030.00020.00090.0140.040.0100.060.040.060.0100.150.0070.020.0040.0340.0040.0020.00050.00020.000100.00010.00030.00020.00210.020.040.0110.060.030.050.070.160.0090.0170.0020.0120.00030.00050.00010.00050.00010.00040.00020.0100.030.040.030.040.020.030.040.1400.0060.0190.0070.0260.00411/5/202213高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质影响高聚物介电性的因素影响高聚物介电性的因素影响高聚物介电性的因素影响高聚物介电性的因素高聚物的分子结构高聚物的分子结构交变电场的频率交变电场的频率温度温度湿度湿度增塑剂增塑剂11/5/202214高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质高聚物分子结构对介电性的影响规律：

与T一定，极性、极性基团密度，介电常数与介电损耗。

频率对高聚物介电性的影响11/5/202215高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质随频率随频率增加而降低，增加而降低，并且在较低和并且在较低和较高时为零。

较高时为零。

随频率随频率增加存在极大增加存在极大值，并且，频值，并且，频率较高和较低率较高和较低时为零。

时为零。

随频率随频率增加而降低，增加而降低，并且在较低和并且在较低和较高时为零。

较高时为零。

随频率随频率增加存在极大增加存在极大值，并且，频值，并且，频率较高和较低率较高和较低时为零。

时为零。

（T1）（T1）（T1）（T1）（T1）（T1）T1T2T311/5/202216高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质温度对高聚物介电性的影响温度对高聚物介电性的影响对非极性高聚物，温度升高，介电常数下降；对极性高聚物，随温度的升高而出现峰值。

2.002.052.102.302.352.4002040601001001234温度（）介电常数非极性高聚物的介电常数与温度的关系1-PP；2-HDPE；3-LDPE；4-PTFE506070100901003579121000Hz1000Hz60Hz60HzPVAC的介电性能与温度的关系温度（）11/5/202217高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质湿度对高聚物介电性的影响湿度对高聚物介电性的影响介电性介电性介电常数介电常数（50Hz）介电损耗（介电损耗（50Hz）相对湿度相对湿度酚醛树脂酚醛树脂聚氯乙烯（电聚氯乙烯（电缆料）缆料）31.7%63%97%9.7110.415.107.407.5010.0031.7%63%97%0.3420.35100.44100.1110.1130.136湿度湿度，介电常数与介电损耗，介电常数与介电损耗11/5/202218高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质增塑剂对高聚物介电性的影响增塑剂对高聚物介电性的影响规律：

规律：

对非极性高聚物，随加入增塑剂量的增加将曲线推向高频率区；对极性高聚物，随增塑剂量的增加，介电常数和介电损耗增大。

11/5/202219高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质实例实例PVC204060100100T（）051015204060100100T（）00.51.01.503915200391520增塑剂加入量对PVC介电性能的影响11/5/202220高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质高聚物的导电性高聚物的导电性高聚物的导电类型高聚物的导电类型高聚物的导电类型高聚物的导电类型电子导电电子导电离子导电离子导电氧化还原导电氧化还原导电11/5/202221高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质导电高聚物的应用导电高聚物的应用导电高聚物的应用电子导电高聚物导电材料电极材料电显示材料化学反应催化剂有机分子开关离子导电高聚物代替电解质材料全固态电池氧化还原导电高聚物各种电极材料特种电极修饰材料11/5/202222高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质高聚物的绝缘电阻高聚物的绝缘电阻高聚物绝缘电阻的表示形式表面电阻率体积电阻率平等电极环状电极11/5/202223高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质高聚物的击穿电压强度（高聚物的击穿电压强度（disruptivevoltagestrength）定义定义连续对高聚物材料升高电压，当试样被击穿时的电压和试样厚度的比值称为击穿电压强度。

11/5/202224高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质电流电流-电压曲线与击穿电压与温度曲线电压曲线与击穿电压与温度曲线高电压区低电压区绝缘破坏I电极VS11/5/202225高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质1000-100-20051015温度（）123456击穿电压强度106（V/cm）几种高聚物的击穿电几种高聚物的击穿电压强度与温度的关系压强度与温度的关系1-聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯2-聚乙烯醇聚乙烯醇3-氯代聚乙烯氯代聚乙烯4-聚苯乙烯聚苯乙烯5-聚乙烯聚乙烯6-聚异丁烯聚异丁烯11/5/202226高分子物理第10章电学性能10高聚物的电学性质高聚物的电学性质高聚物的静电现象（高聚物的静电现