常见高聚物的介电常数26页PPT
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高聚物的电学性能
电介质的极化现象
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高分子电介质的极化现象
电子极化 原子极化
原子的价电子云 分子骨架
位移极化 /变形极化
诱导偶极矩
取向极化 极性分子沿电场方向排布取向
偶极极化
e电子 a原子 μ取向 α极化率 El 作用在分子上的局部电场强度 μ 偶极矩
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8
极性分子取向极化作用示意图
无电场时
有电场时
电场强度、温度很低
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17
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影响介电损耗的因素
分子结构
分子极性大小 极性基团密度 极性基团的可动性
外加频率
温度
电压
增塑剂
杂质高聚物
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影响介电损耗的因素
介电常数大而介电损耗不大
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影响介电损耗的因素
分子结构 外加频率
温度
电压
增塑剂
杂质高聚物
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影响介电损耗的因素
分子结构 外加频率 温度
电压 增塑剂 杂质高聚物
结晶区 非晶区
α
链段
β γ 1 极性侧基绕C－C的旋转 2 环单元的构象振荡 3 主链局部链段的运动
晶区：
1 晶区中高分子的链段的运动 2 结晶表面上的局部链段运动 3 晶格缺陷处的基团运动
h
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固体高聚物的介电松弛过程
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32
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33
h
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介电常数 介电损耗 介电击穿
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介电击穿：在高压下，大量的电能迅速释放，使电极之间的 材料局部被烧毁的现象。
h
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高分子电介质的极化现象
电子极化 原子极化
原子的价电子云 分子骨架
第八章高聚物的电学性质
键的极性强弱和分子的极性强弱，分别用键距和 分子的偶极距来表示：
qd
(8-8)
d为两个正负电荷中心之间的距离，q为电荷。
偶极矩为矢量，其方向从正电荷到负电荷，其国 际单位为库仑·米，习惯用德拜(Debye)，简写D。
1 Debye=3.33×10-30库仑·米
按极化机理，分子的极化可分为：
⑴ 电子极化：分子中各原子的价电子云在外电场的作用 下，向正极方向偏移，发生了电子相对于分子骨架的移 动，使分子的正负电荷中心的位置发生变化引起的。电 子极化速度很快，一般在10-15～10-13s。
对极性高聚物：应综合考虑温度对分子间作用力的 影响和对分子取向的影响。一般高聚物，温度较低 时，分子间作用力的影响占主导，当温度升高到一 定范围时，分子取向的影响占主导。
在给定频率下，介电常 数开始随温度的升高而增加， 进一步升温，介电常数通过 一个峰值后，缓慢随温度的 升高而下降。
当温度足够高时，电导 电流可能成为主要的损耗。
弱极性高聚物
0 < ≤0.5D e = 2.3∼3.0
中等极性高聚物 0.5D < ≤0.7D e = 3.0∼4.0
强极性高聚物
> 0.7D e = 4.0∼7.0
可以看出：随着偶极矩的增加，高聚物的介电常数逐 渐增大。
非极性分子的偶极距等于零，Clausius-Mosotti 关系可 写成：
⑵ 原子极化：分子骨架在外电场作用下发生变形造成的。 原子极化一般是相当小的，只有电子极化的十分之一， 原子极化所需时间在10-13s以上。
电子极化和原子极化都是在外加电场的作用下，分子中 正负电荷中心发生位移或分子变形引起的，称为位移极 化或变形极化，产生的偶极矩为诱导偶极矩。
聚合物的结构与介电性能课件
RC =2ρε(4L2/ P2 +L2/ T2) ρ:金属线电阻率, ε:线间绝缘层的介电常数, P :金属线间距离, L :连线长度, T :线的厚度
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24
降低聚合物材料介电常数的方法
① 增加聚合物材料的自由体积
含萘结构的芳基醚 聚合物有较大的萘 结构侧基，能增加 聚合物材料的自由 体积，从而降低材 料介电常数。
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21
高介电常数材料的应用
1.高储能密度电容器的介电材料 2.高压电缆均化电场的应力锥材料 3.嵌入式微电容器 4.人工肌肉和药物释放智能外衣材料
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22
高tanδ值材料的应用
① 高聚物的高频干燥 ② 塑料薄膜高频焊接 ③大型高聚物制件的高频热处理
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23
低介电常数材料 应用方面
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2.频率与温度
εs
ε’
ε”
ε∞
tanδ
log ω
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17
2.频率与温度
在研究尼龙 610 的介电性能的过程中发现，在100Hz时，介电 常数和损耗因子随温度增加而迅速增大；而在1MHz 时，介电 常数随温度变大而变大的趋势减弱，损耗因子随温度增大先增 大后减小。[1]
[1]X P., Z X. Y.[J]. European Polymer Journal, 2011, 47(5): 1031-1038.
不同BaTiO3含量对BaTiO3-Epoxy 复合材料 的电导率随频率的变化
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介电损耗分析
★随着BaTiO3含量 ，介电损耗 但是在体积含量低30 vol% 时， 介电损耗小
★随着频率 ,介电损耗
常见高聚物的介电常数ppt课件
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） 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， 3 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。
W 每周期内介电损耗的能 量 '' tan VI C 每周期内介电储存的能 量 '
a Ic V δ I b
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§8-4 高聚物的静电现象
一、静电现象（electrostatic effect）
▲高聚物静电现象的产生 主要产生于高聚物与成型加工设备之间的摩擦、拉幅、拉丝等过程。
接触或 摩擦
＋| ＋ | ＋| | ＋| ＋ ＋| | ＋ ＋| | ＋| | | ＋| ＋ ＋| ＋ ＋| | | ＋| A 两相电荷 B
60Hz
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
PVAC的介电性能与温度的关系
△湿度对高聚物介电性的影响
介 电 性 介电常数 （50Hz） 介电损耗 （50Hz）
▲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） 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， 3 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。
W 每周期内介电损耗的能 量 '' tan VI C 每周期内介电储存的能 量 '
a Ic V δ I b
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§8-4 高聚物的静电现象
一、静电现象（electrostatic effect）
▲高聚物静电现象的产生 主要产生于高聚物与成型加工设备之间的摩擦、拉幅、拉丝等过程。
接触或 摩擦
＋| ＋ | ＋| | ＋| ＋ ＋| | ＋ ＋| | ＋| | | ＋| ＋ ＋| ＋ ＋| | | ＋| A 两相电荷 B
60Hz
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
PVAC的介电性能与温度的关系
△湿度对高聚物介电性的影响
介 电 性 介电常数 （50Hz） 介电损耗 （50Hz）
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。
高介电常数电介质资料课件
03
在风力发电领域，高介电常数电介质可以作为绝缘和润滑材料
，提高风力发电设备的效率和可靠性。
05
高介电常数电介质的未来发展
新材料与新技术的研发
新型高介电常数电介质材料
随着科技的发展，新型高介电常数电介质材料不断涌现，如聚合物复合材料、陶 瓷复合材料等，这些材料具有更高的介电常数和更好的电气性能，为高介电常数 电介质的应用提供了更多可能性。
封装材料
在电子封装领域，高介电常数电介质可以作为封 装材料，保护电子元件免受外界环境的影响。
在新能源领域的应用
太阳能电池
01
高介电常数电介质可以用于制造太阳能电池，提高光电转换效
率和稳定性。
储能装置
02
在新能源储能领域，高介电常数电介质可以作为储能介质，提
供较高的能量密度和较快的充放电速度。
风力发电
通过掺杂改性，可在较宽的频率和温度范围内保持高介电常数和低损耗。
钛酸锶钡（Ba1-xSrxTiO3）
通过调整锶的含量，可调节介电常数和温度稳定性，在高温环境下具有较好的稳定性。
有机高分子材料
聚烯（PE）
具有高介电常数和良好的绝缘性能，常用于制造电缆 绝缘层。
聚苯乙烯（PS）
具有高介电常数和低介电损耗，广泛应用于电子元件 的绝缘材料。
高介电常数电介质用于制造各种传感器， 如湿度传感器、压力传感器等，具有高灵 敏度和快速响应的特点。
02
高介电常数电介质的特性
介电常数与介质损耗
介电常数定义
介电常数是衡量电介质储存电荷 能力的物理量，与电介质内部自 由电荷和束缚电荷的分布及电场 强度有关。
介电常数的影响因
素
介电常数随温度、频率和电场强 度的变化而变化，不同电介质具 有不同的介电常数。
第八章 高聚物电学性质PPT课件
27
介电损耗温度谱示意图
28
在这些图谱上，高聚物的介电损耗 一般都出现一个以上的极大值，分 别对应于不同尺寸运动单元的偶极 子在电场中的松弛损耗。按照这些 损耗峰在图谱上出现的先后，在温 度谱上从高温到低温，在频率谱上 从低频到高频，依次用、、命 名。
第八章 高聚物电学性质
• 第一节 概述 • 第二节 高聚物的极化及介电常数 • 第三节 高聚物的介电损耗 • 第四节 高聚物的导电性 • 第五节 高聚物的介电击穿 • 第六节 高聚物的静电现象、危害和防止
1
整体概述
概况一
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概况二
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• 电子极化是外电场作用下分子中各个
原子或离子的价电子云相对原子核的 位移。
• 极化过程所需的时间极短，约为
10-13~10-15s。
• 当除去电场时，位移立即恢复，无能
量损耗，所以也称可逆性极化或弹性
极化。
10
2.原子极化
• 分子骨架在外电场作用下发生变形造
成的。
• 如CO2分子是直线形结构O=C=O，极
• 定义含有电介质的电容器的电容C与相
应真空电容器的电容之比为该电介质
的介电常数ε，即
C
C0 Q0
17
电介质的极化程度越大，Q 值越 大，ε 也越大。
介电常数是衡量电介质极化程度 的宏观物理量，表征电介质贮存 电能能力的大小。
18
第三节 高聚物的介电损耗
一、介电损耗的意义及其产生原因 1.介电损耗的意义
7
• 本章将简要介绍高聚物的极
化，介电常数、介电损耗、绝 缘电阻、介电强度以及静电等 现象和概念。
介电损耗温度谱示意图
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在这些图谱上，高聚物的介电损耗 一般都出现一个以上的极大值，分 别对应于不同尺寸运动单元的偶极 子在电场中的松弛损耗。按照这些 损耗峰在图谱上出现的先后，在温 度谱上从高温到低温，在频率谱上 从低频到高频，依次用、、命 名。
第八章 高聚物电学性质
• 第一节 概述 • 第二节 高聚物的极化及介电常数 • 第三节 高聚物的介电损耗 • 第四节 高聚物的导电性 • 第五节 高聚物的介电击穿 • 第六节 高聚物的静电现象、危害和防止
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整体概述
概况一
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• 电子极化是外电场作用下分子中各个
原子或离子的价电子云相对原子核的 位移。
• 极化过程所需的时间极短，约为
10-13~10-15s。
• 当除去电场时，位移立即恢复，无能
量损耗，所以也称可逆性极化或弹性
极化。
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2.原子极化
• 分子骨架在外电场作用下发生变形造
成的。
• 如CO2分子是直线形结构O=C=O，极
• 定义含有电介质的电容器的电容C与相
应真空电容器的电容之比为该电介质
的介电常数ε，即
C
C0 Q0
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电介质的极化程度越大，Q 值越 大，ε 也越大。
介电常数是衡量电介质极化程度 的宏观物理量，表征电介质贮存 电能能力的大小。
18
第三节 高聚物的介电损耗
一、介电损耗的意义及其产生原因 1.介电损耗的意义
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• 本章将简要介绍高聚物的极
化，介电常数、介电损耗、绝 缘电阻、介电强度以及静电等 现象和概念。
常见高聚物的介电常数共26页文档
事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
常见高聚物的介电常数
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
常见高聚物的介电常数
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯