D 令 ' = 1
E0 D '' = 2 E0
tan = ''/ '
（实测的介电常数，代表体系的储电能力）
（损耗因子，代表体系的耗能部分） （介电损耗）
介电损耗——电介质在交变电场中极化时，伴随着消耗一部分 电能，使介质本身发热，这种现象就是介电损耗。
△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。
电介质的介电常数：电介质的电容器的电容与相应真空电容器的电容 之比。即：
= C C0
=
Q Q0
电介质的极化程度越大， Q值越大， 也越大。 是衡量电介质极 化程度的宏观物理量，可表征电介质贮存电能的能力。
高聚物的 在1.8~8.4之间，大多数为2~4
7.1.2 高聚物的介电松弛
实际体系对外场刺激响应的滞后 —— 松弛现象
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
1
值。 介 电2.40
2
常ε ′数2.35
3
9 ε ′7
4
2.10
2.05
5
～～
1000Hz
3 60Hz
1000Hz
2 ε
″
2.00
0
ii. 原子极化: 分子骨架在外电场作用下发生变形。如：
O=C=O
C OO
在外电场中，电负性较大的氧原子微偏向正极，而电负性较小的碳原子 微偏向负极，发生了各原子核之间的相对位移，使分子的正负电荷中心 位置发生了变化。极化所需时间约为10-13s，并伴有微量能量损耗；适用
对象：所有高聚物
电子极化和原子极化是由于分子中正负电荷中心发生位移或分子变形引起 的，所以统称为变形极化或诱导极化，其极化率不随温度变化而变化。
交变电场：E = E0 cost
E0交变电流峰值 ω是外电场角频率
电位移矢量：D = D0 cos(t - ) = D1 cost + D2 sint
其中： D1 = D0 cos D2 = D0 sin
(电位移矢量跟上施加电场的部分) (电位移矢量滞后于施加电场的部分)
: 由于高聚物介质的粘滞力作用，偶极取向跟不上外电场变化，电位 移矢量滞后于施加电场的相位差
iii. 取向极化（又称偶极极化）: 是指在外电场的作用下，极性分子沿电 场方向排列而发生取向。
由于极性分子沿外电场方向的转动需要克服本身的惯性和旋转阻力， 所以极化所需时间长，而且由于高分子运动单元可从小的侧基到整个大分 子链，所以完成取向极化所需的时间范围很宽，一般为10-9s，发生在低频 区域，适用对象：极性高聚物
7.1
• 2.频率对高聚物介电性的影响
•
' 随频率增加而降低，并 且在较低和较高时为零
• '' 随频率增加存在极大值，并且，频率较高和较低
时为零。
•
ε′
ε ′(T1) ε ′(T1)
ε ′(T1)
ε″
ε ″(T1)
ε ″(T1)
ε ″(T1)
T1＜T2＜T3
ω
3.温度对高聚物介电性的影响
i. 电子极化: 外电场作用下分子中各个原子或离子的价电子云向正极方 向偏移，发生了电子相对于分子骨架的位移。移动距离小，运动速度快， 时 间 极 短 （ 10-15~10-13s ） ， 除 去 电 场 时 ， 位 移 立 即 恢 复 ， 无 能 量 损 耗 （也称可逆性极化或弹性极化），适用对象：所有高聚物
7.1.1 高聚物的介电极化及介电常数
高聚物在外电场作用下，由于分子极化将引起电能的贮存和损耗，这 种性能称为高聚物的介电性。
高分子内原子间形成共价键的成键电子对的电子云偏离两成键原子的 中间位置的程度，决定了键是极性的还是非极性的以及极性的强弱。
高聚物材料在外电场的作用下其内部分子和原子的电荷分布发生变化， 这种现象称为 —— 极化 按照极化机理的不同，可分为：电子极化，原子极化，取向极化和界 面极化。
• 1. 结构因素是决定高聚物介电性的内在原因，包括是高聚物 分子极性大小和极性基团的密度，以及极性基团的可动性。
a. 分子极性 • 根据单体单元偶极矩的大小，可将高聚物大致归为四类
• 单体单元偶极矩增加，高分子极性增加，介电系数和介电损 耗增加。
b. 极性基团的密度 • 一般说来，主链上的极性基团活动性小，对介电系数影
响较小；侧基上的极性基团，特别是柔性的极性侧基的 活动性较大，对介电系数的影响较大。极性基团密度越 大，则介电损耗越大。
c. 极性基团的可动性 • 从整个分子链的活动性考虑，橡胶态与黏流态的极性高
聚物的介电系数要比玻璃态的大。
d. 交联和支化
• 交联降低极性基团的活动性而使介电系数和介电损耗减 小，例如酚醛树脂。支化使分子间的相互作用减弱，增 加分子链的活动性，使介电系数提高。
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。
影响聚合物介电性能的因素
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
外电场强度越大，偶极子的取向度越大；温度越高，分子热运动对偶 极子的取向干扰越大，取向度越小；
无电场
+
–
+
–
+
–
+
–
+
–
+
–
强电场
iv. 界面极化: 是一种产生于非均相介质界面的极化，由于在外电场作用 下，电介质中的电子或离子在界面处堆积的结果。
极化所需时间较长（几分之一秒到几分钟，甚至更长）。 非均质聚合物材料，如共混聚合物、填充聚合物等能产生界面极化； 均质聚合物也因含有杂质或缺陷以及晶区与非晶区共存而产生界面极化。
第 7 章 聚合物的电学性能
第一节：聚合物的介电极化和介电松弛行为 第二节：聚合物的压电极化与焦电极化
莫芳
电学性质：
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，包括在交变电场中的介电性质、在 弱电场中的导电性质、在强电场中的击穿现象以及 发生在高聚物表面的静电现象。
高聚物的电学性质反映了材料内部结构的变化和分子运动状况，作为 力学性质测量的补充，已成为研究高聚物的结构和分子运动的一种有 力的手段。