常见高聚物的介电常数
介电性能
介电性能求助编辑介电性能是指在电场作用下,表现出对静电能的储蓄和损耗的性质，通常用介电常数和介质损耗来表示.材料应用高频技术时，如实木复合地板采用高频热压时介电性能是非常重要的性质。
介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介电常数(permittivity),又称诱电率。
目录编辑本段简介无机介质材料表现出来的介电性能的应用中，还涉及到介电常数、介电损耗因子和介电强度等。
介电常数又叫介质常数、介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。
编辑本段损耗因子仅与介质有关，其大小可作为绝缘材料的判据。
介质由介电状态变为导电状态的临界电场强度称为介电强度。
常见溶剂的介电常数：H2O (水) 78.5HCOOH (甲酸) 58.5CH3COOH(乙酸)6.15CH3COOC2H5(乙酸乙酯)6.02HCON(CH3)2 (N,N-二甲基甲酰胺)36.7CH3OH (甲醇) 32.7C2H5OH (乙醇) 24.5CH3CH2CH2-OH(正丙醇)20.1CH3CH2CH2CH2-OH（正丁醇）17.8n-C6H13OH （正己醇）13.3CH3COCH3 (丙酮) 20.7C6H6 (苯) 2.28CCl4 (四氯化碳) 2.24n-C6H14 （正己烷）1.88CH3SOCH3（二甲基亚砜，DMSO）47.2编辑本段特性是指物质分子中的束缚电荷(只能在分子线度范围内运动的电荷)对外加电场的响应特性,它主要由相对介电常数εr'、相对介质损耗因数εr〃、介质损耗角正切tanδ和介质等效阻抗等参数来表征。
油和水（纯净的水）都属绝缘体。
但纯净的水的介电性能远远高于油。
拿相对介电常数来讲，水的介电常数是81，而变压器油的在3-5之间。
高聚物的介电性能高聚物的介电性能是指高聚物在电场作用下，表现出对静电能的储存和损耗的性质，通常用介电常数和介电损耗来表示。
高聚物的介电常数与结构的关系
高聚物的介电常数与结构的关系高分子材料作为一类重要的材料，在电子器件、能源存储等领域具有广泛的应用前景。
其中，高聚物的介电常数是一个非常重要的性质，它直接影响着高聚物材料在电子器件中的性能表现。
本文将探讨高聚物的介电常数与结构之间的关系。
首先，介电常数是衡量材料电绝缘性能的一个重要指标，它反映了材料在电场中储存和释放电能的能力。
对于高聚物材料来说，介电常数的值通常较高，因为高聚物分子链中存在着大量的极性基团。
这些极性基团能够极化，并在外界电场作用下产生电偶极矩，从而实现电能的储存和释放。
其次，高聚物的结构对其介电常数有着直接的影响。
高聚物的结构可以分为线性结构、分支结构和网络结构等。
一般情况下，线性结构的高聚物具有较低的介电常数，而分支结构和网络结构的高聚物则具有较高的介电常数。
这是因为分支结构和网络结构的高聚物具有更多的分子运动自由度，能够更好地响应外界电场的作用，从而实现更高的电极化程度。
此外，高聚物中的官能团和侧链结构也会对介电常数产生影响。
官能团和侧链结构的引入可以改变高聚物的极性，从而影响其分子极化能力。
一些具有极性官能团的高聚物，如羟基、酮基和醚基等，在外界电场作用下能够更容易地产生分子极化，从而具有较高的介电常数。
最后，高聚物的晶型结构和晶化程度也会对介电常数产生一定的影响。
晶型结构的不同会导致高聚物分子链的排列方式发生变化，从而影响其分子极化能力。
晶化程度的提高则意味着高聚物分子链的有序程度增加，分子极化能力也相应增强，因此介电常数也会有所增加。
综上所述，高聚物的介电常数与其结构密切相关。
高聚物的结构、官能团和晶型结构等因素都会对介电常数产生影响。
对于高聚物材料的设计和制备来说，需要充分考虑这些因素，以达到所需的介电常数和电子器件性能要求。
随着对高分子材料性质研究的不断深入，相信我们对高聚物的介电常数与结构之间的关系会有更深入的认识。
聚合物电性能
7.4 聚合物的电学性质一提起高聚物的电学性质，人们马上会想起高聚物是一种优良的电绝缘体，广泛用作电线包皮。
这的确是高聚物优良的电学性质的一个重要方面，即高的电阻率、很高的耐高频性、高的击穿强度，所以是一种理想的电绝缘材料。
其实有的高聚物还具有大的介电常数和很小的介电损耗，从而可以用作薄膜电容器的电介质。
还有其他具有特殊电功能的高聚物相继出现，比如高聚物驻极体、压电体、热电体、光导体、半导体、导体、超导体等。
研究高聚物的电学性质，除了生产上的实用价值外，它还有重要的物理意义，因为高聚物的电学性质往往最灵敏地反映高分子内部结构和分子运动之间的关系。
电学性质能在比力学性质更宽的频率范围内测定，测定精确性和灵敏性都高，因而成为研究高分子结构和分子运动的有力手段。
7.4.1 聚合物的介电性介电性是指高聚物在电场作用下，表现出对静电能的储存和损耗的性质。
通常用介电常数和介电损耗来表示。
根据高聚物中各种基团的有效偶极距μ，可以把高聚物按极性的大小分成四类：非极性（μ＝0）：聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯等弱极性（μ≤0.5）：聚苯乙烯、天然橡胶等极性（μ＞0.5）：聚氯乙烯、尼龙、有机玻璃等强极性（μ＞0.7）：聚乙烯醇、聚酯、聚丙烯腈、酚醛树脂、氨基塑料等聚合物在电场下会发生以下几种极化：（1）电子极化，（2）原子极化，（3）偶极极化。
聚合物的极化程度用介电常数ε表示。
它定义为介质电容器的电容比真空电容器增加的倍数式中：V为直流电压；Q0、Q分别为真空电容器和介质电容器的两极板上产生的电荷；Q’为由于介质极化而在极板上感应的电荷。
介电常数的大小决定于感应电荷Q’的大小，所以它反映介质贮存电能的能力。
非极性分子只有电子和原子极化，ε较小；极性分子除有上述两种极化外，还有偶极极化，ε较大。
此外还有以下因素影响ε：（1）极性基团在分子链上的位置。
在主链上的极性基团活动性小，影响小；在柔性侧基上的极性基团活动性大，影响大。
高聚物介电性能
□□＝□□－i□□式中□□为实数部分,□□为虚数部分，因此□。
介电性能与温度 高聚物的介电性能有显著的频率和温度依赖性。具有单一松弛时间的电介质（实际上高聚物松弛时间分布很宽，是个谱）的介电性能的频率依赖性由德拜色散方程给出：
□ (2n xingneng
高聚物介电性能
dielectric properties of polymers
在外加电场中只有束缚电荷作有限位移的材料称电介质，一般来说，高聚物都是电介质。电介质的性能可用介电常数和介电损耗正切 tg□两个参数来表征。介电常数 □是电容器中充满该材料时的电容量与在真空时的电容量之比，真空的□等于1，空气的□接近1，大多数非极性高聚物的□为2左右，极性高聚物的□为2～10。
□ (3)
□ □ (4)式(2)、(3)、(4)中□□和□□分别为色散区两侧高频和低频区的介电常数，称为未松弛和已松弛介电常数；□ 为角频率；□为松弛时间。
高聚物介电性能与温度的关系是通过松弛时间 □与温度的依赖性相联系的，即：
□式中□□为常数；□为活化能;□为气体常数;□为绝对温度。
介电色散 由式(3)、(4)可知,□□和□□为lg□□的函数,当□□＝1时，□□发生骤变而□□出现峰值,这种现象称为介电色散。高分子介电色散是基团和链段松弛过程的表现，因此，高聚物的介电性能温度谱或频率谱是研究高聚物转变和松弛以及分子运动的重要方法之一。
介电常数 表征电解质极化的宏观参数，它与分子极化率□之间的关系由克劳修斯－莫索提公式给出：
□式中М为分子量；□□为密度；□□为阿伏伽德罗数。分子极化率包括电子极化率□□和原子极化率□□,□并与极性电介质在直流电场时的静介电常数□□和分子的有效偶极矩□□有关。
常见物质介电常数汇总
常见物质介电常数汇总介电常数是描述物质对电场响应程度的物理量，它表示了物质在电场作用下的极化程度。
下面是一些常见物质的介电常数：1.空气：空气的介电常数约为1，这意味着空气对电场的响应相对较弱，几乎不起作用。
2.等离子体：等离子体是一种由离子和电子组成的气体，介电常数非常大，通常大约在1000左右。
这使得等离子体非常容易被电场激发。
3.水：水的介电常数约为80，这意味着水对电场的响应较强。
这也是水等液体被用作电介质的原因之一4.玻璃：玻璃是一种常见的非导体材料，其介电常数通常在4～7之间。
这使得玻璃成为制造电容器等电子元件的理想材料之一5.陶瓷：陶瓷材料的介电常数普遍较高，通常在20～100之间。
这使得陶瓷在电子元件和绝缘材料中得到广泛应用。
6.金属：金属是一种高导电材料，通常具有较低的介电常数，接近于1、这意味着金属对电场的响应很弱，电场在金属中几乎不产生极化。
7.塑料：塑料是一种常见的绝缘材料，具有较高的介电常数，通常在2～10之间。
这使得塑料在电子元件和绝缘材料中得到广泛应用。
8.木材：木材的介电常数较高，通常在2～5之间。
这使得木材成为绝缘材料和家具制作的理想选择。
9.石英：石英是一种具有高度晶体结构的无机材料，具有较高的介电常数，通常在4～7之间。
石英被广泛用于制造光学器件和电子元件。
10.金刚石：金刚石是一种具有极高硬度的无机材料，其介电常数约为5、金刚石被广泛应用于光学器件和电子元件制造。
这些是一些常见物质的介电常数。
需要注意的是，介电常数受到温度、频率和微观结构等因素的影响，因此在具体应用中可能存在一定的变化。
另外，不同的物质还可以通过掺杂或添加其他物质来调整其介电常数，以满足特定的应用需求。
高聚物的电学性质
常见高聚物介电损耗角正切tanδ
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影响介电损耗的因素
▪ 1、分子结构的影响：
分子极性的大小 极性基团的密度 极性基团的可动性
分子极性越大，极性基团密度越
大，则介电损耗越大。一般非极
性高聚物的tanδ在 104，而极性 高聚物的tanδ在 102 数量级。
当极性基团位于高聚物的β位上或柔性侧基 的末端时，由于其取向极化的过程是一个 独立的过程，引起的介电损耗并不大，但 仍能对介电常数有较大的贡献。（见课本 表8-4）
化强度P： P N μ
▪ 极化强度和分子极化率的关系：
P NαEl
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三、介电常数与分子极化强度的 关系
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四、高聚物的介电常数和结构的 关系
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极性基团的影响
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思考题
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分子结构对介电常数的影响
▪ 酚醛塑料极性很大，但介电常数不大，为 什么？
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极性分子取向极化作用示意图
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▪ 对于一个分子，极化结果相当于外电场在 分子上引起一个附加的偶极距μ，其大小决
定于作用在分子上的局部电场强度 。El
分子极化率α μαEl
下面的三种极化率都不随温度改变，只与电 子云分部有关。
13共61张
▪ 变形极化产生的诱导偶极距：
（2）t=T/4~T/2,随着电场强度的减弱，偶极 子由于热运动又回复到原状，在T/4前取得 的能量，在T/4~T/2期间内全部还给系统。
（3）t=T/2~T的后半周期中情况又重复，不 过电场的方向相反，偶极子的取向相反。
*在电场变化的一周中，电场的能量基本不 被损耗。
聚合物的结构与介电性能
频率与温度
添加剂
1.分子结构 （1）极性：偶极取向极化对介电性质影响最大。极性 越大，tanδ越大。
聚偏氟乙烯（PVDF）具有较高的介电常数。由于分子链中H原子与 F 原 子的电负性不同，会在 PVDF 分子链中产生偶极矩。在外加电场的作用 下，PVDF分子中正、负电荷中心发生分离，产生电偶极矩，发生取向 极化。
tan在交变电场中介电常数可以写成复数形式介质损耗角正切能量交换能量交换取向极化时存在克服偶极子转向的粘滞阻力消耗电能转化为热能变形极化时当电场频率与原子或电子的固有频率相同时发生共振吸收介电损耗产生的原因电导损耗导电载流子产生导电电流消耗电能转化为热能偶极的取向极化偶极的取向极化聚合物名称tan104聚合物名称tan104聚四氟乙烯2环氧树脂20100聚乙烯2硅橡胶40100聚丙烯23氯化聚醚100四氟乙烯六氟乙烯共聚3聚酰亚胺40150聚苯乙烯13聚氯乙烯70200交联苯乙烯5聚氨酯150200聚砜68abs树脂40300聚碳酸酯9氯丁橡胶300天然橡胶230尼龙6100400丁苯橡胶20尼龙66140600丁基橡胶30pmma400600聚甲醛40酚醛树脂6001000聚邻苯二甲酸二丙烯酯80硝化纤维素9001200常见聚合物tan2050hz聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能聚合物的介电性能的影响因素结构频率与温度添加剂聚偏氟乙烯pvdf具有较高的介电常数
聚合物名称 聚四氟乙烯 聚乙烯 聚丙烯 四氟乙烯-六氟乙烯共聚 tanδ*104 <2 2 2-3 <3 聚合物名称 环氧树脂 硅橡胶 氯化聚醚 聚酰亚胺 tanδ*104 20-100 40-100 100 40-150
聚苯乙烯
交联苯乙烯 聚砜 聚碳酸酯 天然橡胶
1-3
5 6-8 9 2-30
rf1介电常数
rf1介电常数介电常数是描述介质电性质的重要物理量，它反映了介质对电场的响应能力。
介电常数是介质在电场中相对于真空的相对电容率，通常用ε 表示。
1. 基本概念：介电常数是介质对电场的响应能力的度量，在电子运动中起到重要的作用。
当介质处于电场中时，电荷会在介质中进行重新排列，产生一个与外电场相反的电场，这个现象称为极化。
而介质极化后的电场与外电场之间的比值，就是介质的介电常数。
在真空中，电磁波传播速度为光速，而在介质中，由于介质中原子和分子的结构，电磁波会减弱，光速变慢，从而影响波长。
这种现象也与介电常数有关。
2. 常见介质的介电常数：不同介质的介电常数各不相同，这是由于介质自身的性质决定的。
以下是一些常见介质的介电常数：- 真空：真空的介电常数等于 1，通常用ε₀表示，它是电磁学中的基本常数之一。
- 空气：干燥空气的介电常数大约在 1.0005 左右，而湿度较高的空气则略高于 1.0005。
- 常见金属：金属的介电常数很大，通常在 10^7 - 10^9 之间。
例如，铜的介电常数为 1.0000014，而铝的介电常数约为1.000022。
- 水：水在不同的频率下的介电常数不同，通常在 78° C 时介电常数约为 81，而在室温下约为 80。
- 玻璃：玻璃的介电常数通常在 3-10 之间，根据玻璃的成分和制备过程的不同而有所变化。
3. 影响介电常数的因素：介电常数的数值不仅与介质种类有关，还受到一些因素的影响，如温度、频率和压力等。
随着温度的升高，大多数介质的介电常数会减小。
这是因为热能导致原子和分子运动更加剧烈，极化效应减弱。
而对于高频电磁波来说，介电常数通常会随频率的增加而减小。
这是因为随着频率的增加，介质中的分子只有很短的时间来重新排列，所以反应较弱。
另外，压力的变化也会对某些介质的介电常数产生影响。
4. 应用：介电常数在许多领域都有广泛的应用。
在电容器中，介电常数决定了电容器的性能，因为它直接关联着电容器的电容量。
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计算值
2.20 2.15 2.55 2.82 2.0 3.20 2.94 3.45
实验值
高聚物
2.3 2.2 2.55 2.6 2.1 2.25 2.6/3.7 3.4
聚α-氯代丙烯酸乙酯 聚甲基丙烯酸乙酯 聚丙烯腈 聚甲醛 聚苯醚 聚对苯二甲酸乙二酯(无定型) 聚碳酸酯 聚已二酰已二胺
计算值
3.20 2.80 3.26 2.95 2.65 3.40 3.00 4.14
''随频率增加存在极大值， ε″
并且，频率较高和较低时为零。
ε′(T1) ε′(T1)
ε′(T1)
ε″(T1) ε″(T1)
ε″(T1)
T1＜T2＜T3
ω
§8-1 高聚物的介电性
△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。
1
介电2.40
实验值
3.1 2.7/3.4
3.1 3.1 2.6 2.9/3.2 2.6/3.0 4.0
§8-1 高聚物的介电性
▲高聚物的介电损耗（dielectric loss）
△定义 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。
tan
W VIC
每周期内介电损耗的能量 '' 每周期内介电储存的能量 '
极化机理
电子云的变形
各原子之间的相对位移
极性分子（或偶极子）沿电场方 向转动，从优取向 载流子在界面处聚集产生的极化
特点
极快，10－12～10－15s；无能量损耗； 不依赖温度和频率
稍快， 10－12s；损耗微量能量；不依 赖温度
慢， 10－9s以上；损耗较大能量；依赖 温度和频率
极慢，几分之一秒至几分钟、几小时
§8-1 高聚物的介电性
△部分高聚物的介电损耗
高聚物
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0002 0.0005 0.0005 0.0001～0.0003 ＜0.0002 0.0009 0.014 ～0.04 0.010 ～0.06 0.04 ～0.06 0.08 ～0.15 0.007 ～0.02 0.004 ～0.034 0.004
项目11 课件一
高聚物的电性能
§8 高聚物的电性能
●总论
高聚物具有体积电阻率高（1016～1020Ω·cm）、介电常数小（≤2）、介质损耗低 （＜10－4）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。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。
§8-1 高聚物的介电性
介电损耗（tanδ）
103Hz
0.002 0.0005 0.0002 ～0.0008 0.0001 ～0.0003 ＜0.0002 0.0021 0.02 ～0.04 0.011 ～0.06 0.03 ～0.05 0.07 ～0.16 0.009 ～0.017 0.002 ～0.012
106Hz
0.0003 0.0005 0.0001 ～0.0005 0.0001 ～0.0004 ＜0.0002 0.010 0.03 ～0.04 0.03 ～ 0.04 0.02 ～0.03 0.04 ～0.140 0.006 ～0.019 0.007 ～0.026 0.004
a
b
Ic
I
V
δ
φ
V
高聚物介电损耗示意图
式中 ''－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。
△介电损耗的原因 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 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。
▲高聚物的介电常数（dielectric constant）
△定义
C Q0 Q'
C0
Q0
显然，高聚物极化程度越大，极板感应产生的电荷Q’越大，介电常数越大。 △常见高聚物的介电常数
高聚物
聚乙烯（外推到无定型） 聚丙烯（无定型） 聚氯化苯乙烯 聚四氟乙烯（无定型） 聚氯乙烯 聚醋酸乙烯酯 聚甲基丙烯酸甲酯 聚α-氯代丙烯酸甲酯
强极性高聚物（PVA、PAN、PET、酚醛树脂、氨基树脂等）
▲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象。
§8-1 高聚物的介电性
高聚物的极化形式
极化形式
电子极化 原子极化 偶极极化 界面极化
一、高聚物分子的极化
▲定义 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。
影响高聚物介电性的因素
高聚物的极性 高聚物的极化
介电性的表示方法
介电常数 介电损耗
▲高聚物的极性与类别
非极性高聚物（PE、PP、PTFE等）
高聚物的极性类别
弱极性高聚物（PS、PIP等） 极性高聚物（PVC、PA、PVAC、PMMA等）
§8-1 高聚物的介电性
三、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 交变电场的频率 温度 湿度 增塑剂
△高聚物分子结构对介电性的影响
规律：ω与T一定，极性↑、极性基团密度↑，介电常数与介电损耗↑。
▓实例 前两表
△频率对高聚物介电性的影响
'随频率增加而降低，并且 ε′
在较低和较高时为零。
2
常数
ε′2.35
3
9
ε′7 60Hz
2.30
～～
4
～～
2.10
2.05
2.00 0 20 40 60 80 100 温度（℃）
非极性高聚物的介电常数与温度的关系
1-PP；2-HDPE；3-LDPE；4-PTFE
5 3
60Hz
1000Hz 2
适用对象
所有高聚物 所有高聚物 极性高聚物 共混、复合材料
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋ ＋
－ －－ － － － － － ＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － －－ － － － － － ＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
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高聚 物在 电场 中极 化示 意图
§8-1 高聚物的介电性
二、高聚物的介电性