聚合物电学性能课件.ppt

1、 第第10章章 聚合物的电学性能聚合物的电学性能 Electricity Property of Polymer10.1 聚合物电性能概述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及其所表现出来的各种物理现象介电性能：介电性能：交变电场交变电场导电性能：导电性能：弱电场弱电场击穿现象：击穿现象：强电场强电场静电现象：静电现象：on the polymer surface 绝大多数聚合物是绝缘体，具有卓越的电绝缘绝大多数聚合物是绝缘体，具有卓越的电绝缘性能，其性能，其介电损耗和电导率低，击穿强度高介电损耗和电导率低，击

2、穿强度高，为电器工业中不可缺少的介电材料和绝缘材料为电器工业中不可缺少的介电材料和绝缘材料:电容器：电容器：介电损耗尽可能小，介电常数尽可能大，介电损耗尽可能小，介电常数尽可能大，介电强度很高介电强度很高仪表绝缘：仪表绝缘：电阻率和介电强度高而介电损耗很低电阻率和介电强度高而介电损耗很低绝缘材料绝缘材料无线电遥控技术：无线电遥控技术：优良的高频、超高频绝缘材优良的高频、超高频绝缘材料料 导电高分子的研究和应用导电高分子的研究和应用：分子链具有共轭-电子结构的聚合物，如聚乙炔、聚苯胺等，通过不同的方式掺杂，可以具有半导体（电导率=10-10-102 Scm-1）甚至导体（=102-106 Scm

3、-1）的电导率。电学性质的测量也成为研究聚合物结构与分子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：运动的一种有效手段：非常灵敏地反映材料内非常灵敏地反映材料内部结构的变化和分子运动状况部结构的变化和分子运动状况一、电介质的极化现象一、电介质的极化现象二、极化机理二、极化机理三、介电性能三、介电性能四、影响介电性能的因素四、影响介电性能的因素10.2 聚合物聚合物介电性能介电性能介电性能：介电性能：指高聚物在电场作用下，表现出对指高聚物在电场作用下，表现出对静静电能的储存和损耗的性质电能的储存和损耗的性质，通常用，通常用介电常数和介电损耗来表示。这是由介电常数和介电损耗来表示。

4、这是由于聚合物分子在电场作用下发生于聚合物分子在电场作用下发生极化极化引起的引起的 一、聚合物电介质在外电场中的极化聚合物电介质在外电场中的极化现象1 1、介电极化、介电极化 在在外电场外电场作用下，或多或少会引起价电子或原子作用下，或多或少会引起价电子或原子核的相对位移，造成了电荷的重新分布，称为极化。核的相对位移，造成了电荷的重新分布，称为极化。主要有以下几种极化主要有以下几种极化：（：（1）电子极化（）电子极化（2）原子极化（原子极化（3）偶极极化（）偶极极化（4）界面极化。）界面极化。前两种产生的偶极矩称诱导偶极矩，后一前两种产生的偶极矩称诱导偶极矩，后一种为永久偶极矩的取向极化。种为

5、永久偶极矩的取向极化。2 2、极化机理：、极化机理：分子骨架分子骨架在外电场作用下发生变形造成的，在外电场作用下发生变形造成的，使分子带上偶极矩使分子带上偶极矩。如。如CO2分子是直线形结构分子是直线形结构O=C=O，极化，极化后变成个后变成个 ，分子中正负电荷中心发生了相对位移。极化分子中正负电荷中心发生了相对位移。极化所需要的时间约为所需要的时间约为10-13s并伴有微量能量损耗。并伴有微量能量损耗。以上两种极化统称为以上两种极化统称为变形极化变形极化或或诱导极化诱导极化其极化率不随温度变化而变化，聚合物在其极化率不随温度变化而变化，聚合物在高频区高频区均能发生变均能发生变形极化或形极化或

6、诱导极化诱导极化 偶极极化（偶极极化（取向极化）：取向极化）：是具有是具有永久偶极矩的极性分子永久偶极矩的极性分子沿外场方向排列的现象。极沿外场方向排列的现象。极化所需要的时间长，一般为化所需要的时间长，一般为10-9s，发生于低频区域。，发生于低频区域。极化偶极矩极化偶极矩 的大小，与外电场强度（的大小，与外电场强度（E）有关，比例系数）有关，比例系数 称为分子极化率。称为分子极化率。E(a)无电场无电场 （b）有电场）有电场图图1 1 偶极子在电场中取向偶极子在电场中取向按照极化机理不同，有电子极化率按照极化机理不同，有电子极化率 ，原子极化率，原子极化率 和取向和取向极化率极化率 uKT

7、320=（为永久偶极矩为永久偶极矩）0对于对于极性分子极性分子:uea对于对于非极性分子非极性分子:ea根据高聚物中各种基团的有效偶极矩，可以把高聚物按极性大小分为四类：根据高聚物中各种基团的有效偶极矩，可以把高聚物按极性大小分为四类：非极性：非极性：PE、PP、PTFE弱极性：弱极性：PS、NR极性：极性：PVC、PA、PVAc、PMMA强极性：强极性：PVA、PET、PAN、酚醛树脂、氨基树脂、酚醛树脂、氨基树脂高聚物的有效偶极矩与所带基团的偶极矩不完全一致，结构对称性会导致偶极高聚物的有效偶极矩与所带基团的偶极矩不完全一致，结构对称性会导致偶极矩部分或全部相互抵消。矩部分或全部相互抵消。

8、eaa二、聚合物的介电性能二、聚合物的介电性能0Q00000/QQQQQUQUQCC1 1、介质电容器的电容介质电容器的电容C比真空比真空电容器电容器C0的电容增加的倍数。的电容增加的倍数。式中：式中：为极板上的原有电荷，为极板上的原有电荷，为感应电荷。为感应电荷。Q真空真空电介电介质质图图2 平行板电容器示意图平行板电容器示意图 是衡量高聚物极化程度的宏观物理量。是衡量高聚物极化程度的宏观物理量。表征电介质储存电荷和电能的能力，从上式表征电介质储存电荷和电能的能力，从上式可以看出，介电常数越大，极板上产生的感可以看出，介电常数越大，极板上产生的感应电荷应电荷Q和储存的电能越多。和储存的电能越

9、多。介电系数在宏观上反映了电介质的极化程度，它与分介电系数在宏观上反映了电介质的极化程度，它与分子极化率存在着如下的关系子极化率存在着如下的关系：03421NMP式中式中 、M、分别为电介质的摩尔极化率、分子量和密度，分别为电介质的摩尔极化率、分子量和密度，N0为阿佛加德罗常数。对非极性介质，此式称为阿佛加德罗常数。对非极性介质，此式称Clausius-Mosotti方程；对极性介质，此式称方程；对极性介质，此式称Debye方程。方程。P根据上式，我们可以通过测量电介质介电系数求得分子极化率。根据上式，我们可以通过测量电介质介电系数求得分子极化率。另外实验得知，另外实验得知，对非极性介质，介电

10、系数与介质的光折射率对非极性介质，介电系数与介质的光折射率n的平方相等，的平方相等，此式联系着介质的电学性能和光学性能。此式联系着介质的电学性能和光学性能。2n2、介电损耗介电损耗定义：聚合物在交变电场中取向极化时，伴随着能量消耗，使介质本定义：聚合物在交变电场中取向极化时，伴随着能量消耗，使介质本身发热，这种现象称为聚合物的介电损耗。身发热，这种现象称为聚合物的介电损耗。产生原因：产生原因：（1）电导损耗电导损耗：指电介质所含的含有指电介质所含的含有导电载流子导电载流子在电场作用下流动时，在电场作用下流动时，因因克服电阻所消耗的电能。克服电阻所消耗的电能。这部分损耗在交变电场和恒定电场中都会

11、这部分损耗在交变电场和恒定电场中都会发生。由于通常聚合物导电性很差，故发生。由于通常聚合物导电性很差，故电导损耗一般很小。电导损耗一般很小。（2）极化损耗 ：这是由于分子这是由于分子偶极子偶极子的取向极化造成的的取向极化造成的。取向极化是一。取向极化是一个松弛过程个松弛过程，交变电场使偶极子转向时，转动速度滞后于电场变化速，交变电场使偶极子转向时，转动速度滞后于电场变化速率，使一部分率，使一部分电能损耗于克服介质的内粘滞阻力上，这部分损耗有时电能损耗于克服介质的内粘滞阻力上，这部分损耗有时是很大的。是很大的。问题：问题：非极性非极性polymer？极性？极性polymer？介电损耗表征：介电损

12、耗表征：对于电介质电容器，在交流电场中，因电介质取向极化跟不上外加对于电介质电容器，在交流电场中，因电介质取向极化跟不上外加电场的变化，发生介电损耗。由于介质的存在，通过电容器的电流与外加电电场的变化，发生介电损耗。由于介质的存在，通过电容器的电流与外加电压的相位差不再是压的相位差不再是9090，而等于，而等于=90=90-常用复数介电常数来表示介电常数和介电损耗两方面的性质常用复数介电常数来表示介电常数和介电损耗两方面的性质：i*为实部，即通常实验测得的为实部，即通常实验测得的 为虚部，称介电损耗因素为虚部，称介电损耗因素 介电损耗介电损耗 tg一般高聚物的介电损耗一般高聚物的介电损耗：42

13、1010tg式中式中称介电损耗角，称介电损耗角，介电损耗正切。介电损耗正切。的物理意义是在每个交变电压周期中，介质损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。耗的能量与储存能量之比。越小，表示能越小，表示能量损耗越小。理想电容器（即真空电容器）量损耗越小。理想电容器（即真空电容器）=0=0，无能量损失。，无能量损失。正比于正比于 ，故也常用，故也常用 表示材料介电损耗的大小。表示材料介电损耗的大小。tg tgtgtgtg 应用应用 热合热合PVC等极性材料是适宜的。而等极性材料是适宜的。而PE薄膜等非极薄膜等非极性材料就很难用高频热合。性材料就很难用高频热合。轮胎经高频热

14、处理消除内应力，可大幅度延长使轮胎经高频热处理消除内应力，可大幅度延长使用寿命。用寿命。塑料注射成型时常因含水而产生气泡，经高频干塑料注射成型时常因含水而产生气泡，经高频干燥能很好解决这个问题。燥能很好解决这个问题。(3)(3)高聚物的高聚物的介电松弛谱介电松弛谱 高分子高分子分子运动的时间与温度依赖性分子运动的时间与温度依赖性可在其介电性质上得可在其介电性质上得到反映。借助于介电参数的变化可研究聚合物的松弛行为。到反映。借助于介电参数的变化可研究聚合物的松弛行为。在固定频率下测试固体固体聚合物试样的介电常数和介电损耗随温度的变化、或者在一定温度下测试试样的介电性质随频率的变化，可得同分子运动

15、有关的特征谱图，称之为聚合物的介电松弛谱，前者为温度谱，后者为频率谱 它与力学松弛谱一样用于研究高聚物的转变，特别是它与力学松弛谱一样用于研究高聚物的转变，特别是多重转多重转变。变。测定聚合物介电松弛谱的方法主要有测定聚合物介电松弛谱的方法主要有热释电流法（热释电流法（TSC）。）。TSC属低频测量，频率在属低频测量，频率在10-310-5Hz范围，分辩率高于动态范围，分辩率高于动态力学和以往的介电方法。力学和以往的介电方法。介电损耗温度谱示意图介电损耗温度谱示意图在这些图谱上，高聚物的介电损耗一在这些图谱上，高聚物的介电损耗一般都出现一个以上的极大值，分别对般都出现一个以上的极大值，分别对应

16、于应于不同尺寸运动单元的偶极子在电不同尺寸运动单元的偶极子在电场中的介电损耗场中的介电损耗(因偶极子的取向极因偶极子的取向极化过程伴随着分子运动过程化过程伴随着分子运动过程，运动模运动模式各异，其松弛时间也不一致式各异，其松弛时间也不一致,其受其受阻程度不同阻程度不同)按照这些损耗峰在图谱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，依低温，在频率谱上从低频到高频，依次用次用、命名。命名。介电性能和动态力学性能有哪些表观相似性，介电性能和动态力学性能有哪些表观相似性，从分子尺度上加以说明。从分子尺度上加以说明。答：聚合物的电性

17、能常常和它们的机械行答：聚合物的电性能常常和它们的机械行为有关。电阻系数类似黏度，而为有关。电阻系数类似黏度，而介电常数介电常数和介电损耗因子类似于弹性柔量和机和介电损耗因子类似于弹性柔量和机械损耗因子（内耗）。械损耗因子（内耗）。介电损耗因子和机介电损耗因子和机械损耗因子谱图中的主峰在相同的转变温械损耗因子谱图中的主峰在相同的转变温度下出现。度下出现。在分子长度上它们是有关的，因为同在分子长度上它们是有关的，因为同属松弛过程，一个是由偶极子跟随着电场属松弛过程，一个是由偶极子跟随着电场的变化而变化所引起的，而另一个是大分的变化而变化所引起的，而另一个是大分子跟随着外加力场的变化所引起的。子跟

18、随着外加力场的变化所引起的。)10(2tgtglg图图3 PMMA的的 和和 之间的比较之间的比较另外：另外：图图3是是PMMA的介电损耗同的介电损耗同力学损耗角正切随温度的变化，力学损耗角正切随温度的变化，可以看到存在两种运动机理的可以看到存在两种运动机理的电学与力学响应。电学与力学响应。其中其中 转变转变对应于玻璃化转变，对力学性对应于玻璃化转变，对力学性能较敏感，能较敏感，转变对应于酯基转变对应于酯基运动，对介电性能更敏感。运动，对介电性能更敏感。三、影响聚合物介电性能的因素三、影响聚合物介电性能的因素 高分子材料的介电性能首先与材料的极性有关。这是因为在几种介质极化形式中，偶极子的取向

19、极化偶极矩最大，影响最显著。决定聚合物介电损耗大小的内在因素：决定聚合物介电损耗大小的内在因素：分子极性大小和极性基团的密度分子极性大小和极性基团的密度 极性基团的可动性极性基团的可动性 分子极性分子极性越大，一般来说越大，一般来说 和和 都增大。非极都增大。非极性聚合物具有低介电系数（性聚合物具有低介电系数（约为约为2 2）和低介电损耗（小于）和低介电损耗（小于1010-4-4）；极性聚合物具有较高的介电常数和介电损耗。一些）；极性聚合物具有较高的介电常数和介电损耗。一些常见聚合物的介电系数和介电损耗值见表常见聚合物的介电系数和介电损耗值见表。tgtg1、结构、结构 极性基团位置的影响：极性

20、基团位置的影响：主链上的极性基团主链上的极性基团 影响小影响小侧基上的极性基团侧基上的极性基团 影响大影响大表表 常见聚合物的介电系数（常见聚合物的介电系数（60HZ）和介电损耗角正切）和介电损耗角正切410tg410tg聚聚 合合 物物聚聚 合合 物物聚四氟乙聚四氟乙烯烯2.02聚碳酸聚碳酸酯酯2.973.719四氯乙烯四氯乙烯六氟丙六氟丙烯共聚物烯共聚物2.13聚砜聚砜3.1468聚丙烯聚丙烯2.223聚氯乙聚氯乙烯烯3.23.670200聚三氟聚聚三氟聚乙烯乙烯2.2412聚甲基聚甲基丙烯酸丙烯酸甲酯甲酯3.33.9400600低密度聚低密度聚乙烯乙烯2.252.352聚甲醛聚甲醛3.7

21、40高密度聚高密度聚乙烯乙烯2.302.352尼龙尼龙6 63.8100400ABSABS树酯树酯2.45.040300尼龙尼龙66664.0140600聚苯乙烯聚苯乙烯2.453.1013酚醛树酚醛树酯酯5.06.56001000410tg410tg 聚乙烯醇缩醛类的介电损耗与温度的关系如下图（图聚乙烯醇缩醛类的介电损耗与温度的关系如下图（图10-4），图中曲），图中曲线加线加“1，2，3，4”，试解释分子结构对介电性能的影响。，试解释分子结构对介电性能的影响。n=0 缩乙醛缩乙醛n=1 缩丙醛缩丙醛n=2 缩丁醛缩丁醛n=6 缩辛醛缩辛醛由图可见，缩醛的侧链越短，其侧基运动越困难，极性基团

22、取向越困难，由图可见，缩醛的侧链越短，其侧基运动越困难，极性基团取向越困难，松弛也越慢，介电损耗也越高，而且所出现的松弛峰值也在高温，故图上的松弛也越慢，介电损耗也越高，而且所出现的松弛峰值也在高温，故图上的tan峰值次序为：峰值次序为：1234tantantantanTTTTCH2CHCH2CHOOCHCH2nCH3-40040801201600.000.030.060.090.12T()lg ta n图图10-4聚乙烯醇缩醛类的介电损耗与温度的关系聚乙烯醇缩醛类的介电损耗与温度的关系050T()lgtan3214132几种乙二醇的聚酯几种乙二醇的聚酯（1）丁二酸）丁二酸（2）己二酸）己二酸

23、（3）癸二酸）癸二酸根据图根据图10-5说说明这几种高分子材料的介电损耗明这几种高分子材料的介电损耗与温度的关系与温度的关系 图图10-5几种高分子材料的介电损耗几种高分子材料的介电损耗与温度的关系与温度的关系脂肪族聚酯随着主链上脂肪族聚酯随着主链上CH2数目的增加，数目的增加，分子极性减少，从而介电损耗较小。分子极性减少，从而介电损耗较小。交联、取向或结晶交联、取向或结晶使分子间作用力增加限制了分子的运使分子间作用力增加限制了分子的运动，动，、减少；支化减少分子间作用力，减少；支化减少分子间作用力，增加，增加，增增大大 tgtg分子链活动能力对偶极子取向有重要影响，分子链活动能力对偶极子取向

24、有重要影响，例如在玻璃例如在玻璃态下，链段运动被冻结，结构单元上极性基团的取向受链态下，链段运动被冻结，结构单元上极性基团的取向受链段牵制，取向能力低；而在高弹态时，链段活动能力大，段牵制，取向能力低；而在高弹态时，链段活动能力大，极性基团取向时受链段牵制较小，因此极性基团取向时受链段牵制较小，因此同一聚合物高弹态同一聚合物高弹态下的介电系数和介电损耗要比玻璃态下大。下的介电系数和介电损耗要比玻璃态下大。如聚氯乙烯的如聚氯乙烯的介电常数在玻璃态时为介电常数在玻璃态时为3.5，到高弹态增加到约，到高弹态增加到约15，聚酰胺，聚酰胺的介电常数玻璃态为的介电常数玻璃态为4.0，到高弹态增加到近，到高

25、弹态增加到近50。图图106为三种不同涤纶薄膜的介电损耗与温度的关系，从凝为三种不同涤纶薄膜的介电损耗与温度的关系，从凝聚态结构上的差别，解释这三种曲线的不同聚态结构上的差别，解释这三种曲线的不同 1000100200246810132PETTg=61103Hz时时T()102lgtan图图10-6 三种涤纶薄膜的介电损耗与温度的关系三种涤纶薄膜的介电损耗与温度的关系1、非晶态、非晶态 2、结晶态、结晶态 3、取向态、取向态由图由图10-6可见，非晶态的可见，非晶态的峰峰最突出，这是非晶相线形高分最突出，这是非晶相线形高分子链段运动能力大，损耗电能子链段运动能力大，损耗电能的典型峰（曲线的典型

26、峰（曲线1）；而晶态）；而晶态和取向态（曲线和取向态（曲线2和和3），由于），由于链段受到晶格和取向结构的束链段受到晶格和取向结构的束缚，所以缚，所以峰都不明显。三条峰都不明显。三条曲线上曲线上峰相差不多，说明在峰相差不多，说明在此区域内，侧基或某些链节的此区域内，侧基或某些链节的松弛运动受凝聚态结构的影响松弛运动受凝聚态结构的影响较小。较小。PVCPVC的极性基团密度几乎是氯丁橡胶的的极性基团密度几乎是氯丁橡胶的1 1倍，倍，问室温下介电常数哪种问室温下介电常数哪种polymerpolymer的大？的大？升高温度至升高温度至TgTg以上后，以上后，PVCPVC的介电常数会增的介电常数会增大还

27、是减少？大还是减少？思考题思考题2、外来物的影响外来物的影响增塑剂的加入使体系黏度降低，有利于取增塑剂的加入使体系黏度降低，有利于取向极化，介电损耗峰移向低温。极性增塑向极化，介电损耗峰移向低温。极性增塑剂或导电性杂质的存在会使剂或导电性杂质的存在会使 和和 都增都增大。大。tgPVClgtan1.51.00.5-1000100T()(a)图图10-几种高分子材料的介电损耗几种高分子材料的介电损耗与温度的关系与温度的关系这是这是PVCPVC加增塑剂的情况，当增塑剂浓度中等时会出加增塑剂的情况，当增塑剂浓度中等时会出现双峰，低温峰是增塑剂的现双峰，低温峰是增塑剂的Tg。高温峰是。高温峰是PVCP

28、VC的的Tg。频率和温度与力学松弛相似频率和温度与力学松弛相似:T升高，升高，增大增大3、频率、频率T1T2T2 T10T1T2maxmaxlg12TmaxTmaxTlg122 1图图102介电系数和介电损耗与频率介电系数和介电损耗与频率(a)及温度及温度(b)的关系的关系（a）（b）思 考 题 非极性聚合物是否可以用介电松弛谱表征其分子结构特征一、高聚物的导电机理一、高聚物的导电机理二、导电性的表征二、导电性的表征三、影响导电性的因素三、影响导电性的因素四、四、导电性高分子导电性高分子 10.3 聚合物聚合物导电性能导电性能高聚物主要存在两种导电机理：高聚物主要存在两种导电机理：一般高聚物主

29、要是离子电导。有强极性原子或基团的一般高聚物主要是离子电导。有强极性原子或基团的高聚物在电场下产生本征解离，可产生导电离子。非极高聚物在电场下产生本征解离，可产生导电离子。非极性高聚物本应不导电，理论比体积电阻为性高聚物本应不导电，理论比体积电阻为1025.cm，但，但实际上要大许多数量级，原因是杂质（未反应的单体、实际上要大许多数量级，原因是杂质（未反应的单体、残留催化剂、助剂以及水分）离解带来的。残留催化剂、助剂以及水分）离解带来的。聚合物导体、半导体主要是电子电导聚合物导体、半导体主要是电子电导。一、高聚物的导电机理高聚物的导电机理电阻率（未特别注明时指体积电阻率）是材料最重要的电学电阻

30、率（未特别注明时指体积电阻率）是材料最重要的电学性质之一。按将材料分为导体、半导体和绝缘体三类。性质之一。按将材料分为导体、半导体和绝缘体三类。导体导体 0103.cm半导体半导体 103108.cm绝缘体绝缘体 1081018.cm以上以上有时也用电导率表示，电导率是电阻率的倒数。有时也用电导率表示，电导率是电阻率的倒数。二、导电性的表征导电性的表征极性聚合物的导电性远大于非极性聚合物。极性聚合物的导电性远大于非极性聚合物。共轭体系越完整，导电性越好。共轭体系越完整，导电性越好。结晶度增大使电子电导增加，但离子电导减少。结晶度增大使电子电导增加，但离子电导减少。“杂质杂质”含量越大，导电性越

31、好。含量越大，导电性越好。温度升高，电阻率急剧下降，导电性增加，利用这点可温度升高，电阻率急剧下降，导电性增加，利用这点可以测定以测定 ，因为时，因为时 1/T曲线有突变。曲线有突变。（6 6）Mn增加使其电子电导增大增加使其电子电导增大gTgTvlg比较比较PE PAN 聚乙炔的导电性聚乙炔的导电性三、导电性的表征导电性的表征导电性高分子可分为以下三类。导电性高分子可分为以下三类。结构型：结构型：聚合物自身具有长的共轭大键结构，如聚乙炔、聚苯乙炔、聚聚合物自身具有长的共轭大键结构，如聚乙炔、聚苯乙炔、聚酞菁铜等，通过酞菁铜等，通过“掺杂掺杂”可以提高导电率可以提高导电率6 67 7个数量级，

32、一个典型例子是个数量级，一个典型例子是用用AsFAsF3 3掺杂聚乙炔。掺杂聚乙炔。电荷转移复合物电荷转移复合物：由电子给体分子和电子受体分子组成的复合物，目前：由电子给体分子和电子受体分子组成的复合物，目前研究较多的是高分子给体与小分子受体的复合物，如聚研究较多的是高分子给体与小分子受体的复合物，如聚2-2-乙烯吡啶或聚乙乙烯吡啶或聚乙烯基咔唑作为高分子电子给体。烯基咔唑作为高分子电子给体。碘作为电子受体，可做成高效率的固体电池。碘作为电子受体，可做成高效率的固体电池。添加型：添加型：在树脂中添加导电的金属（粉或纤维）或炭粒等组成。其导电在树脂中添加导电的金属（粉或纤维）或炭粒等组成。其导电

33、机理是导电性粒子相互接触形成连续相而导电，因而金属粉的含量要超过机理是导电性粒子相互接触形成连续相而导电，因而金属粉的含量要超过5050。四、导电性高分子导电性高分子聚对苯撑（聚对苯撑（PPP)聚吡咯衍生物（聚吡咯衍生物（PPy)聚噻吩聚噻吩(PTP)聚苯胺（聚苯胺（PAn)聚对苯撑乙炔衍生物（聚对苯撑乙炔衍生物（PPV)掺杂掺杂导电态的应用：电池、电色显示器件和超电容（导电态的应用：电池、电色显示器件和超电容（super-super-capacitorcapacitor）的电极材料、静电屏蔽材料、金属防腐蚀材料、电解电的电极材料、静电屏蔽材料、金属防腐蚀材料、电解电容器、微波吸收隐身材料、电

34、致发光器件正极修饰材料、透明导电容器、微波吸收隐身材料、电致发光器件正极修饰材料、透明导电涂层、化学和生物传感器、导电纤维涂层、化学和生物传感器、导电纤维 中性半导态的应用：电致发光材料、场效应管（）中性半导态的应用：电致发光材料、场效应管（）FETFET）半导体）半导体材料材料目前存在的问题目前存在的问题加工性不好加工性不好稳定性不好稳定性不好较难合成结构均一的较难合成结构均一的polymer发展方向发展方向合成可溶性导电合成可溶性导电polymer复合型导电复合型导电polymer超导超导分子导电分子导电光、电、磁多功能光、电、磁多功能五、导电性高分子最新的应用：导电性高分子最新的应用：一

35、、定义一、定义二、静电的危害二、静电的危害三、消除静电的措施：三、消除静电的措施：四、四、应用应用10.3 聚合物聚合物静电现象静电现象 任何两个固体，不论其化学组成是否相同，只要它们任何两个固体，不论其化学组成是否相同，只要它们的物理状态不同，其内部结构中电荷载体能量的分布也的物理状态不同，其内部结构中电荷载体能量的分布也就不同。这样两个固体接触时，在固就不同。这样两个固体接触时，在固-固表面就会发生电固表面就会发生电荷的再分配。在它们重新分离之后，每一固体将带有比荷的再分配。在它们重新分离之后，每一固体将带有比接触或摩擦前更多的正（或负）电荷。这种现象称为静接触或摩擦前更多的正（或负）电荷

36、。这种现象称为静电现象。电现象。高聚物在生产、加工和使用过程中会与其他材料、器高聚物在生产、加工和使用过程中会与其他材料、器件发生接触或摩擦，会有静电发生。由于高聚物的高绝件发生接触或摩擦，会有静电发生。由于高聚物的高绝缘性而使静电难以漏导，吸水性低的聚丙烯腈纤维加工缘性而使静电难以漏导，吸水性低的聚丙烯腈纤维加工时的静电可达时的静电可达1515千伏以上。千伏以上。一、静电现象：静电现象：二、静电的危害静电的危害 静电妨碍正常的加工工艺；静电妨碍正常的加工工艺；静电作用损坏产品质量；静电作用损坏产品质量；可能危及人身及设备安全可能危及人身及设备安全 绝缘体表面的静电可以通过三条途径消失：绝缘体

37、表面的静电可以通过三条途径消失：（1 1）通过空气（雾气）消失）通过空气（雾气）消失 （2 2）沿着表面消失）沿着表面消失 （3 3）通过绝缘体体内消失）通过绝缘体体内消失 因此可在三方面采取适当的措施，消除已经产生因此可在三方面采取适当的措施，消除已经产生的静电。的静电。三、消除静电的措施消除静电的措施 1.1.将抗静电剂加到高分子材料中或涂布在表面。将抗静电剂加到高分子材料中或涂布在表面。抗静电剂是一些表面活化剂，如阴离子型（烷基磺抗静电剂是一些表面活化剂，如阴离子型（烷基磺酸钠、芳基磺酸酯等）、阳离子型（季胺盐、胺盐酸钠、芳基磺酸酯等）、阳离子型（季胺盐、胺盐等）以及非离子型（聚乙二醇等

38、）。纤维纺丝工序等）以及非离子型（聚乙二醇等）。纤维纺丝工序中采取中采取“上油上油”的办法，给纤维表面涂上一层吸湿的办法，给纤维表面涂上一层吸湿性的油剂，增加导电性。性的油剂，增加导电性。2.2.提高高聚物的体积电导率提高高聚物的体积电导率 最方便的方法是添加炭黑、金属细粉或导电纤维，最方便的方法是添加炭黑、金属细粉或导电纤维，制成防静电橡皮或防静电塑料。制成防静电橡皮或防静电塑料。静电现象有时也能加以利用。如静电复印、静电现象有时也能加以利用。如静电复印、静电记录、静电印刷、静电涂敷、静电分静电记录、静电印刷、静电涂敷、静电分离与混合、静电医疗等，都成功地利用了离与混合、静电医疗等，都成功地

39、利用了高分子材料的静电作用。高分子材料的静电作用。四、应用应用聚合物的其他电学性质聚合物的其他电学性质 一、一、力电性力电性在机械力的作用下，高聚物的电学性质反映主要是压电效应。在机械力的作用下，高聚物的电学性质反映主要是压电效应。将高聚物的试样置于两电极之间，在机械力的作用下，因发生形变将高聚物的试样置于两电极之间，在机械力的作用下，因发生形变（伸长线缩短）而发生极化，同时产生电场，这种现象称正压电效应。（伸长线缩短）而发生极化，同时产生电场，这种现象称正压电效应。反之，在高聚物试样上加上电场，试样发生相应的形变，同时产生应反之，在高聚物试样上加上电场，试样发生相应的形变，同时产生应力，这个

40、现象称为逆压电效应。力，这个现象称为逆压电效应。产生压电效应的高聚物主要结晶高聚物（单轴取向）和高分子驻极体。产生压电效应的高聚物主要结晶高聚物（单轴取向）和高分子驻极体。如如PVCPVC、PCPC、PTFEPTFE和和HDPEHDPE等。等。利用高聚物的压电效应，可做成话筒、传感器等转换元件。利用高聚物的压电效应，可做成话筒、传感器等转换元件。二、热电性热电性 在热的作用下，高聚物材料具有热释电性，这是非常重要的电学性质。在热的作用下，高聚物材料具有热释电性，这是非常重要的电学性质。驻极体：将电介质置于高压电场中极化，随即冻结极化电荷，可获得静电持久极驻极体：将电介质置于高压电场中极化，随即

41、冻结极化电荷，可获得静电持久极化，这种长寿命的非平衡电矩的电介质称驻极体。化，这种长寿命的非平衡电矩的电介质称驻极体。高聚物驻极体研究从上世纪四十年代开始，现已投入使用优点聚偏氟乙烯、高聚物驻极体研究从上世纪四十年代开始，现已投入使用优点聚偏氟乙烯、PETPET、PPPP、PCPC等高聚物超薄薄膜驻极体，广泛用作电容器传声隔膜，计算机储存器、爆等高聚物超薄薄膜驻极体，广泛用作电容器传声隔膜，计算机储存器、爆炸起爆器、血液凝固加速作用等方面。炸起爆器、血液凝固加速作用等方面。高聚物驻极体的制备方法是：将高聚物薄膜夹在两个电极中，加热到聚合物的主高聚物驻极体的制备方法是：将高聚物薄膜夹在两个电极中

42、，加热到聚合物的主转变温度以上，然后施加电场，使薄膜极化一段时间。在电场作用下以一定速度转变温度以上，然后施加电场，使薄膜极化一段时间。在电场作用下以一定速度缓慢冷却至室温（或低温），最后撤去外电场。缓慢冷却至室温（或低温），最后撤去外电场。热释电流：将上述高聚物驻极体夹在两电极之间，接上微电流计再程序升温，在热释电流：将上述高聚物驻极体夹在两电极之间，接上微电流计再程序升温，在热的作用下，激发了分子链偶极的运动而发生解取向极化，释放出退极化电荷，热的作用下，激发了分子链偶极的运动而发生解取向极化，释放出退极化电荷，在电流计上记录到退极化电流，测得的放电电流随温度的变化称为热释电流谱在电流计上记录到退极化电流，测得的放电电流随温度的变化称为热释电流谱（TSCTSC），又称为去极化介电谱或热刺激电流谱。），又称为去极化介电谱或热刺激电流谱。三、光电性三、光电性光电导性：光照射下高聚物的导电性能发生变化的现光电导性：光照射下高聚物的导电性能发生变化的现象。如聚乙烯基咔唑、聚萘酯等吸收光能而放出光电象。如聚乙烯基咔唑、聚萘酯等吸收光能而放出光电子，使电导率增大。在信息传递方面得到了一些应用。子，使电导率增大。在信息传递方面得到了一些应用。