高分子材料的电学性能.pptx

《高分子材料的电学性能.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高分子材料的电学性能.pptx（107页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院1 1高分子材料的电学性能高分子材料的电学性能 是指在外加电场作用下材料所表现出来的是指在外加电场作用下材料所表现出来的介电性介电性能能、导电性能导电性能、电击穿性质电击穿性质以及与其他材料接触、摩以及与其他材料接触、摩擦时所引起的擦时所引起的表面静电性质表面静电性质等。等。高分子材料可以是绝缘体、半导体、导体和超导体高分子材料可以是绝缘体、半导体、导体和超导体多数高分子材料具有卓越的电绝缘性能，其电阻率多数高分子材料具有卓越的电绝缘性能，其电阻率高、介电损耗小，电击穿强度高高、介电损耗小，电击穿强度高导电高分子的研究和

2、应用近年来取得突飞猛进的发展导电高分子的研究和应用近年来取得突飞猛进的发展第第1 1页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院2 2本本 章章 内内 容容 电学性能：主要包括电学性能：主要包括导电性能和介电性能导电性能和介电性能。本章讨论高分子材料的导电、介电机理及其影响因素，本章讨论高分子材料的导电、介电机理及其影响因素，导电、介电性能参数的测定与应用，热电性能。导电、介电性能参数的测定与应用，热电性能。l高聚物的介电性能高聚物的介电性能l高聚物的导电性能与导电高分子材料高聚物的导电性能与导电高分子材料l高聚物的电击穿高聚物的电击穿l

3、高聚物的静电作用高聚物的静电作用第第2 2页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院3 38.1 8.1 高聚物的介电性能高聚物的介电性能l高聚物在外电场作用下出现的对电能的储存和损高聚物在外电场作用下出现的对电能的储存和损耗的性质，称为耗的性质，称为介电性介电性 l用用介电系数介电系数和和介电损耗介电损耗来表示。来表示。l在外电场的作用下，电介质分子中电荷分布所发生在外电场的作用下，电介质分子中电荷分布所发生的相应变化称为的相应变化称为极化极化 l极化决定了高聚物的介电行为极化决定了高聚物的介电行为 第第3 3页页/共共107107页

4、页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院4 4一、分子极化一、分子极化分子极化分子极化变形极化或变形极化或诱导极化诱导极化电子极化电子极化价电子云相对原子核的位移价电子云相对原子核的位移原子极化原子极化原子核之间的相对位移原子核之间的相对位移取向极化取向极化10-15 10-13 s 10-13 s以上以上 10-9 s以上以上 界面极化界面极化 第第4 4页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院5 5诱导偶极矩诱导偶极矩d称为变形极化率；1和2分别为电子极化率和原子极化率 第第5 5页页/共共10

5、7107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院6 6取向极化取向极化 发生在具有永久偶极矩的极性分子中发生在具有永久偶极矩的极性分子中 第第6 6页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院7 7l非极性分子在外电场中只产生非极性分子在外电场中只产生诱导偶极矩诱导偶极矩 l极性分子产生的是极性分子产生的是诱导偶极矩诱导偶极矩和和取向偶极矩取向偶极矩之和之和 第第7 7页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院8 8高分子链的偶极矩是整个分子链

6、中所有偶极矩的矢量和高分子链的偶极矩是整个分子链中所有偶极矩的矢量和 介质的极化度介质的极化度 第第8 8页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院9 9二、介电系数二、介电系数 真空平板电容器的电容真空平板电容器的电容C0与与施加在电容器上的直流电压施加在电容器上的直流电压V及极板上产生的电荷及极板上产生的电荷Q0 第第9 9页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院1010介电系数介电系数 含有电介质电容器的电容与该真空电容器的电容之比含有电介质电容器的电容与该真空电容器的电

7、容之比 介电系数反映了电介质储存电荷和电能的能力介电系数反映了电介质储存电荷和电能的能力 可以通过测量电介质介电系数可以通过测量电介质介电系数求得分子极化率求得分子极化率 第第1010页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院1111非极性介质非极性介质 摩尔折射率摩尔折射率 对非极性高聚物也是适用的对非极性高聚物也是适用的 联系着介质的电学性能联系着介质的电学性能和光学性能和光学性能 第第1111页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院1212Debye方程方程 极性电介质极

8、性电介质 非极性介质的摩尔极化强度与温度无关非极性介质的摩尔极化强度与温度无关极性介质的摩尔极化强度随温度升高而减小极性介质的摩尔极化强度随温度升高而减小 第第1212页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院1313三、影响高聚物介电系数的因素三、影响高聚物介电系数的因素（1）高聚物分子结构）高聚物分子结构 分子极性越大，极化程度越大，介电系数越就越大分子极性越大，极化程度越大，介电系数越就越大 非极性聚合物，非极性聚合物，=0D，=2.0 2.3弱极性聚合物，弱极性聚合物，0 0.5D，=2.3 3.0中等极性聚合物，中等极性聚合物

9、，0.5 0.7D，=4.0 7.0第第1313页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院1414（2）外加电场频率）外加电场频率 低频电场中，介电系数就是静电场下的数值低频电场中，介电系数就是静电场下的数值0 0频率超过某一范围时，介电系数减小。频率超过某一范围时，介电系数减小。高频电场下，最后只会发生电子极化，介电系数高频电场下，最后只会发生电子极化，介电系数达到最小值。达到最小值。第第1414页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院1515（3）温度的影响）温度的影响 非

10、极性高聚物的介电系数与温度关系不大非极性高聚物的介电系数与温度关系不大 极性高聚物一般来说在温度不太高时，介电系数极性高聚物一般来说在温度不太高时，介电系数增加，到超过一定温度范围后，介电系数减小。增加，到超过一定温度范围后，介电系数减小。第第1515页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院1616三、介电损耗三、介电损耗 电介质在电介质在交变电场交变电场中极化时，会因极化方向的变化中极化时，会因极化方向的变化而损耗部分能量而发热，称而损耗部分能量而发热，称介电损耗介电损耗。u电导损耗：电导损耗：电介质所含的微量导电载流子在电场电介质

11、所含的微量导电载流子在电场作用下流动时，因克服电阻所消耗的电能。作用下流动时，因克服电阻所消耗的电能。u极化损耗：极化损耗：由于分子偶极子的取向极化造成的。由于分子偶极子的取向极化造成的。非极性聚合物，电导损耗是主要的。非极性聚合物，电导损耗是主要的。极性聚合物，其主要部分为极化损耗极性聚合物，其主要部分为极化损耗 第第1616页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院1717只有当电场变化速度与微观运动单元的本征极化速只有当电场变化速度与微观运动单元的本征极化速度相当时，介电损耗才较大度相当时，介电损耗才较大 第第1717页页/共共1

12、07107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院1818真空电容器真空电容器 电介质电容器电介质电容器 第第1818页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院1919复介电系数复介电系数 为实数部分，即试验测得的介电系数为实数部分，即试验测得的介电系数为虚数部分，称为损耗因子。为虚数部分，称为损耗因子。“纯电容纯电容”的电流的电流 “纯电阻纯电阻”的电流的电流 第第1919页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院2020用用“电阻电阻”电

13、流与电流与“电容电容”电流之比表征介质的介电损耗电流之比表征介质的介电损耗 tan称介电损耗正切，称介电损耗正切，tan的物理意义是在每个交变的物理意义是在每个交变电压周期中，介质损耗的能量与储存能量之比。电压周期中，介质损耗的能量与储存能量之比。tan越小，表示能量损耗越小。越小，表示能量损耗越小。表示材料介电损耗的大小。表示材料介电损耗的大小。第第2020页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院2121影响聚合物介电性能的因素影响聚合物介电性能的因素（1）高聚物的分子结构）高聚物的分子结构 高分子材料的介电性能首先与材料的极性有关

14、高分子材料的介电性能首先与材料的极性有关 非极性聚合物具有低介电系数（非极性聚合物具有低介电系数（约为约为2）和低介）和低介电损耗（电损耗（tg CHnx+x I3-还原掺杂还原掺杂(n-doping):CHn+x Na CHnx-+x Na+添补后的聚合物形成盐类，产生电流的原因添补后的聚合物形成盐类，产生电流的原因并不是碘并不是碘离子或钠离子而是共轭双键上的电子移动。离子或钠离子而是共轭双键上的电子移动。第第7979页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院8080掺杂导电高分子材料的导电机理掺杂导电高分子材料的导电机理 碘分子从聚

15、乙炔抽取一个电子形成碘分子从聚乙炔抽取一个电子形成I3，聚乙炔分子形成，聚乙炔分子形成带正电荷的自由基阳离子，在外加电场作用下双键上的电子可带正电荷的自由基阳离子，在外加电场作用下双键上的电子可以非常容易地移动，结果使双键可以成功地延着分子移动，实以非常容易地移动，结果使双键可以成功地延着分子移动，实现其导电能力。现其导电能力。+A-氧氧化化.聚聚乙乙炔炔极极化化子子第第8080页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院81811、掺杂率对导电高分子材料导电能力的影响、掺杂率对导电高分子材料导电能力的影响 掺杂率小时，电导率随掺杂率小时

16、，电导率随着掺杂率的增加而迅速增加；着掺杂率的增加而迅速增加；当达到一定值后，随掺杂率当达到一定值后，随掺杂率增加的变化电导率变化很小，增加的变化电导率变化很小，此时为饱和掺杂率。此时为饱和掺杂率。高分子材料导电能力的影响因素第第8181页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院82822、共轭链长度对导电高分子材料导电能力的影响、共轭链长度对导电高分子材料导电能力的影响 电子运动的波函数在沿着分子链方向有较大的电子云电子运动的波函数在沿着分子链方向有较大的电子云密度，并且随着共轭链长度的增加，这种趋势更加明显，导密度，并且随着共轭链长

17、度的增加，这种趋势更加明显，导致聚合物电导率的增加。致聚合物电导率的增加。高分子材料导电能力的影响因素第第8282页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院83833、温度对导电高分子材料导电能力的影响、温度对导电高分子材料导电能力的影响 对金属晶体，温度升高引对金属晶体，温度升高引起的晶格振动阻碍其在晶体中起的晶格振动阻碍其在晶体中的自由运动；而对于聚乙炔，的自由运动；而对于聚乙炔，温度的升高有利于电子从分子温度的升高有利于电子从分子热振动中获得能量，克服其能热振动中获得能量，克服其能带间隙，实现导电过程。带间隙，实现导电过程。高分子

18、材料导电能力的影响因素第第8383页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院84842.2 复合型导电高分子复合型导电高分子复合型导电高分子中，高分子材料本身并不具备导复合型导电高分子中，高分子材料本身并不具备导电性，只充当了粘合剂的角色。电性，只充当了粘合剂的角色。导电性是通过混合在其中的导电性的物质如炭黑、导电性是通过混合在其中的导电性的物质如炭黑、金属粉末等获得的。金属粉末等获得的。复合型导电高分子用作导电橡胶、导电涂料、导电复合型导电高分子用作导电橡胶、导电涂料、导电粘合剂、电磁波屏蔽材料和抗静电材料，在许多领域粘合剂、电磁波屏

19、蔽材料和抗静电材料，在许多领域发挥着重要的作用。发挥着重要的作用。第第8484页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院8585复合型导电高分子的基体有：复合型导电高分子的基体有：常用的导电填料有：常用的导电填料有：碳类（石墨、炭黑、碳纤维、石墨纤维等）碳类（石墨、炭黑、碳纤维、石墨纤维等）金属类（金属粉末、箔片、丝、条或金属镀层的玻璃纤金属类（金属粉末、箔片、丝、条或金属镀层的玻璃纤 维、玻璃珠等）维、玻璃珠等）金属氧化物（氧化铝、氧化锡等）。金属氧化物（氧化铝、氧化锡等）。热塑性树脂（如不饱和聚酯、聚烯烃等），热塑性树脂（如不饱和聚

20、酯、聚烯烃等），热固性树脂（如环氧树脂、酚醛树脂）热固性树脂（如环氧树脂、酚醛树脂）合成橡胶（如硅橡胶、乙丙橡胶）。合成橡胶（如硅橡胶、乙丙橡胶）。第第8585页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院8686在导电填料浓度较低在导电填料浓度较低时，材料的电导率随浓度增时，材料的电导率随浓度增加很少，而当导电填料加很少，而当导电填料浓度达到某一值时，电导率浓度达到某一值时，电导率急剧上升，变化值可达急剧上升，变化值可达10个数量级以上。个数量级以上。电导率发生突变的导电填料浓度称为电导率发生突变的导电填料浓度称为“渗滤阈值渗滤阈值”第第

21、8686页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院8787平均接触数平均接触数是指一个导电颗粒与其他导电颗粒接触是指一个导电颗粒与其他导电颗粒接触的数目的数目导电填料颗粒并不需要完全接触就能形成导电通道导电填料颗粒并不需要完全接触就能形成导电通道微观粒子穿过势垒的现象称为微观粒子穿过势垒的现象称为贯穿效应贯穿效应，也称，也称隧道隧道效应效应第第8787页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院8888复合型导电高分子材料的应用复合型导电高分子材料的应用材料种类材料种类电导率电导率

22、S.cm-1高分子树脂高分子树脂导电填料导电填料应用应用半导体半导体10-1010-7塑料、橡胶塑料、橡胶金属氧化金属氧化物粒子、物粒子、抗静电剂抗静电剂复印电极板、静电记录纸、复印电极板、静电记录纸、感光纸、纺织材料、家用感光纸、纺织材料、家用电器外壳、矿用电气用品电器外壳、矿用电气用品抗静电抗静电10-710-4塑料、弹性体塑料、弹性体抗静电剂、抗静电剂、炭黑炭黑集成电路用搬运箱、包装集成电路用搬运箱、包装袋、传送带、导电轮胎袋、传送带、导电轮胎弱导电弱导电10-410-2塑料、硅橡胶塑料、硅橡胶炭黑炭黑发热器件、高压电缆过渡发热器件、高压电缆过渡层、导电薄膜、弹性电极、层、导电薄膜、弹性

23、电极、导线接点导线接点导电性导电性10-2103塑料、硅橡胶塑料、硅橡胶金属纤维、金属纤维、银、铜、银、铜、炭黑、石炭黑、石墨墨电磁波屏蔽材料、导电涂电磁波屏蔽材料、导电涂层、导电胶、接线柱垫圈层、导电胶、接线柱垫圈第第8888页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院8989五 导电高分子材料的应用1.半导体特性的应用发光二极管半导体特性的应用发光二极管 利用导电高分子与金属线圈当电极，半导体高分子在中利用导电高分子与金属线圈当电极，半导体高分子在中间，当两电极接上电源时，半导体高分子将会开始发光。比间，当两电极接上电源时，半导体高分

24、子将会开始发光。比传统的灯泡传统的灯泡更节省能源而且产生较少的热更节省能源而且产生较少的热，具体应用包括，具体应用包括平平面电视机屏幕、交通信息面电视机屏幕、交通信息标志等。标志等。第第8989页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院90901920年德国学者古登和波尔发现，某些物质加上电压后会发光。年德国学者古登和波尔发现，某些物质加上电压后会发光。在两电极间施加一定电压后，电极间的薄膜材料发出一定颜色的在两电极间施加一定电压后，电极间的薄膜材料发出一定颜色的光，这种直接将电能转化为光能的现象叫光，这种直接将电能转化为光能的现象叫光

25、电效应，也叫（电）光电效应，也叫（电）场致发光场致发光。电致发光聚合物电致发光聚合物1990年英国剑桥大学年英国剑桥大学Friend小组首次报道聚苯亚乙烯小组首次报道聚苯亚乙烯（polyphenylenevinylene,PPV）聚合物在外加电压时可发出黄）聚合物在外加电压时可发出黄绿光，很快出现了研究聚合物发光二极管（绿光，很快出现了研究聚合物发光二极管（Polymer light emitting diodes,PLED）的热潮）的热潮第第9090页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院9191可以卷起来的显示器：聚合物发光二极管

26、柔性显示器可以卷起来的显示器：聚合物发光二极管柔性显示器第第9191页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院92922.2.太阳能电池太阳能电池-半导体特性的应用半导体特性的应用 导电高分子可制成太阳电导电高分子可制成太阳电池，结构与发光二极管相近，池，结构与发光二极管相近，但机制却相反，它是将光能转但机制却相反，它是将光能转换成电能。换成电能。优势在于廉价的制备成本，优势在于廉价的制备成本，迅速的制备工艺，迅速的制备工艺，具有塑料的具有塑料的拉伸性、弹性和柔韧性拉伸性、弹性和柔韧性。第第9292页页/共共107107页页 材料科学与

27、工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院93933.3.二次电池二次电池高分子掺杂态高分子掺杂态储存电能、脱储存电能、脱掺杂过程中释掺杂过程中释放电能放电能 全塑电池全塑电池输出电压输出电压3V3V、电池容量、电池容量3mA.h3mA.h，复充放电上千次。，复充放电上千次。第第9393页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院9494 导电性可以在绝缘体、半导体、金属导体之间变化导电性可以在绝缘体、半导体、金属导体之间变化,不同的吸波性能不同的吸波性能v密度小密度小轻轻v加工性能加工性能薄薄v稳定性较好稳定性较好高

28、温使用高温使用 4.雷达隐身材料雷达隐身材料第第9494页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院95955.5.生物传感器生物传感器葡萄糖传感葡萄糖传感器、尿素传器、尿素传感器、乳酸感器、乳酸传感器、胆传感器、胆固醇传感器固醇传感器第第9595页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院96966.6.气体传感器气体传感器导电高分子与大气某些介质作用导电高分子与大气某些介质作用-电导率改变电导率改变,除去介质除去介质-恢复。（掺杂恢复。（掺杂/或脱掺杂过程）。或脱掺杂过程）。可用

29、作选择性高、灵敏度高和重复性好的气体传感可用作选择性高、灵敏度高和重复性好的气体传感器。器。第第9696页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院9797导电高分子材料的优越性导电高分子材料的优越性 具有半导体及导体双重特性，可低温加工、可大面积具有半导体及导体双重特性，可低温加工、可大面积化、化、具有塑料的拉伸性、弹性和柔韧性具有塑料的拉伸性、弹性和柔韧性等，所以制作成本等，所以制作成本低，组件特性优越，对未来电子及信息工业将产生巨大影低，组件特性优越，对未来电子及信息工业将产生巨大影响。响。导电高分子材料面临的挑战导电高分子材料面临

30、的挑战 综合电学性能与铜相比还有差距，理论上还沿用无机综合电学性能与铜相比还有差距，理论上还沿用无机半导体理论和掺杂概念；导电聚合物的自构筑、自组装分半导体理论和掺杂概念；导电聚合物的自构筑、自组装分子器件的研究也存在很多问题；加工性能和力学性能以及子器件的研究也存在很多问题；加工性能和力学性能以及稳定性上也需要改进。稳定性上也需要改进。第第9797页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院9898一一 强电场作用下绝缘材料的破坏强电场作用下绝缘材料的破坏在强电场中工作的绝缘材料，当所承受的电压超过一临界在强电场中工作的绝缘材料，当所承

31、受的电压超过一临界值值V V穿穿时便丧失了绝缘性能而击穿，称为时便丧失了绝缘性能而击穿，称为电介质的击穿电介质的击穿。材料所能承受的最大电场强度称为材料的材料所能承受的最大电场强度称为材料的抗电强度（介电抗电强度（介电强度）强度）u固体介质的击穿是不可逆过程固体介质的击穿是不可逆过程u气体及液体介质的击穿是可逆过程气体及液体介质的击穿是可逆过程8.3 高聚物的电击穿高聚物的电击穿 第第9898页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院9999二二 击穿形式击穿形式1.1.电击穿电击穿电过程，仅有电子参加电过程，仅有电子参加强电场作用下，

32、原来处于热运动的少数自由电子将反电场方强电场作用下，原来处于热运动的少数自由电子将反电场方向定向运动，并撞击介质内离子产生电离向定向运动，并撞击介质内离子产生电离-次级电子。大量电次级电子。大量电子形成雪崩，使贯穿介质的电流迅速增长，导致介质的击穿子形成雪崩，使贯穿介质的电流迅速增长，导致介质的击穿2.2.热击穿热击穿电场下，由于各种损耗，部分电能变成热能，介质被加热，电场下，由于各种损耗，部分电能变成热能，介质被加热，温度升高，介质烧裂、熔融而丧失绝缘性温度升高，介质烧裂、熔融而丧失绝缘性3.化学击穿化学击穿长期运行在高温、潮湿、高电压或腐蚀性环境发生老化丧失长期运行在高温、潮湿、高电压或腐

33、蚀性环境发生老化丧失绝缘性绝缘性第第9999页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院100100三三 影响抗电强度的因素影响抗电强度的因素1 温度的影响温度的影响 （1）对电击穿影响不大）对电击穿影响不大 （2）对热击穿影响较大）对热击穿影响较大 （3）对化学击穿加快）对化学击穿加快2 频率的影响频率的影响 频率对热击穿很大频率对热击穿很大 击穿场强与频率的平方根成反比击穿场强与频率的平方根成反比 3.器件的大小和形状、散热条件都对击穿有影响器件的大小和形状、散热条件都对击穿有影响第第100100页页/共共107107页页 材料科学与

34、工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院1011018.4 高聚物的静电作用高聚物的静电作用静电问题是高分子材料加工和使用中一个相当重要的问题静电问题是高分子材料加工和使用中一个相当重要的问题 任何两个物理状态不同的固体，只要其内部结构任何两个物理状态不同的固体，只要其内部结构中电荷载体能量分布不同，接触（或摩擦）时就会中电荷载体能量分布不同，接触（或摩擦）时就会在固固表面发生电荷再分配，使再分离后每一个在固固表面发生电荷再分配，使再分离后每一个固体都带有过量的正（或负）电荷，这种现象称固体都带有过量的正（或负）电荷，这种现象称静静电现象。电现象。第第101101页页/共

35、共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院102102接触起电的机理与两种物质的电荷逸出功之差有关。接触起电的机理与两种物质的电荷逸出功之差有关。电荷逸出功电荷逸出功U是指电子克服原子核的吸引从物质表是指电子克服原子核的吸引从物质表面逸出所需的最小能量。面逸出所需的最小能量。接触界面上的电荷转移量接触界面上的电荷转移量Q与两种物质的逸出功差与两种物质的逸出功差 和接触面积和接触面积S成正比。热力学平衡状态下，有：成正比。热力学平衡状态下，有：第第102102页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科

36、学与工程学院103103聚聚 合合 物物逸出功逸出功/eV聚聚 合合 物物逸出功逸出功/eV聚四氟乙烯聚四氟乙烯5.75聚乙烯聚乙烯4.90聚三氟氯乙烯聚三氟氯乙烯5.30聚碳酸酯聚碳酸酯4.80氯化聚乙烯氯化聚乙烯5.14聚甲基丙烯酸甲聚甲基丙烯酸甲酯酯4.68聚氯乙烯聚氯乙烯5.13聚乙酸乙烯酯聚乙酸乙烯酯4.38氯化聚醚氯化聚醚5.11聚异丁烯聚异丁烯4.30聚砜聚砜4.95尼龙尼龙664.30聚苯乙烯聚苯乙烯4.90聚氧化乙烯聚氧化乙烯3.95几种聚合物材料的电荷逸出功几种聚合物材料的电荷逸出功第第103103页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工

37、程学院材料科学与工程学院104104其中任何两种聚合物接触时，电荷其中任何两种聚合物接触时，电荷逸出功逸出功高的聚高的聚合物将带负电，小的带正电。高分子材料与金属接合物将带负电，小的带正电。高分子材料与金属接触时，界面上也发生类似的电荷转移。触时，界面上也发生类似的电荷转移。尼龙尼龙66与不同金属摩擦，对逸出功大的金属，尼与不同金属摩擦，对逸出功大的金属，尼龙带正电；对逸出功小的金属，尼龙带负电。龙带正电；对逸出功小的金属，尼龙带负电。聚合物与聚合物摩擦时，介电系数大的聚合物带聚合物与聚合物摩擦时，介电系数大的聚合物带正电，介电系数小的带负电。另外聚合物的摩擦起正电，介电系数小的带负电。另外聚

38、合物的摩擦起电顺序与其逸出功顺序也基本一致，逸出功高者一电顺序与其逸出功顺序也基本一致，逸出功高者一般带负电。般带负电。第第104104页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院105105（二）静电的消除（二）静电的消除常用的除静电方法有在聚合物表面喷涂抗静电剂常用的除静电方法有在聚合物表面喷涂抗静电剂或在聚合物内填加抗静电剂。或在聚合物内填加抗静电剂。抗静电剂是一些具有两亲结构的表面活性剂，其抗静电剂是一些具有两亲结构的表面活性剂，其分子结构通常为：分子结构通常为：R y x，分子一端，分子一端R是亲油是亲油基，为基，为C12以上的

39、烷基；另一端以上的烷基；另一端x是亲水基，如羟基、是亲水基，如羟基、羧基、磺酸基等；羧基、磺酸基等；y是连接基。是连接基。第第105105页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院106106加入抗静电剂的主要作用是提高聚合物表面电导加入抗静电剂的主要作用是提高聚合物表面电导性或体积电导性，使迅速放电，防止电荷积累。性或体积电导性，使迅速放电，防止电荷积累。根据制造复合型导电高分子材料的原理，在聚合根据制造复合型导电高分子材料的原理，在聚合物基体中填充导电填料如炭黑、金属粉、导电纤维物基体中填充导电填料如炭黑、金属粉、导电纤维等也同样能起到抗静电作用。等也同样能起到抗静电作用。第第106106页页/共共107107页页 材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院107107感感谢您的您的观看。看。第第107107页页/共共107107页页