* I R C0V tan * I C C0V
tanδ称介电损耗正切，tanδ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。tanδ
越小，表示能量损耗越小。

表示材料介电损耗的大小。
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影响聚合物介电性能的因素 （1）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 非极性聚合物具有低介电系数（ε约为2）和低介
中等极性聚合物，0.5 < μ ≤ 0.7D，ε = 3.0 ~ 4.0
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（2）外加电场频率
低频电场中，介电系数就是静电场下的数值ε0
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
达到最小值。
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（3）温度的影响 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 增加，到超过一定温度范围后，介电系数减小。
第 8章 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介电性 能、导电性能、电击穿性质以及与其他材料接触、摩 擦时所引起的表面静电性质等。 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 率高、介电损耗小，电击穿强度高 导电高分子的研究和应用近年来取得突飞猛进的发展
可以通过测量电介质介电系数ε求得分子极化率α
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非极性介质
1 M 4 P0 N 0 d 2 3
n2 1 M R P0 n2 2
摩尔折射率
n
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2
联系着介质的电学性能 和光学性能
对非极性高聚物也是适用的
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复介电系数
Hale Waihona Puke ＝ －i

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。
* C0V

“纯电容”的电流 I C
“纯电阻”的电流 I R
* C0V
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用“电阻”电流与“电容”电流之比表征介质的介电损耗
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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
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真空电容器
I * i t C 0 dV iC 0V * C 0V0 dt
*
i t 2 e
电介质电容器
* dV I * i t C 0 i iC 0V * dt i C 0 C 0 V * I R iI C
12
Debye方程
极性电介质
2 0 ~ 1 M 4 P N 0 ( d ) 2 3 3KT
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
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三、影响高聚物介电系数的因素 （1）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 非极性聚合物， μ = 0D， 弱极性聚合物， 0 < μ ≤ 0.5D， 强极性聚合物， μ > 0.7D， ε = 2.0 ~ 2.3 ε = 2.3 ~ 3.0 ε = 4.0 ~ 7.0
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取向极化 发生在具有永久偶极矩的极性分子中
2
02
3KT
E 0E
0

2 0
3KT
7
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非极性分子在外电场中只产生诱导偶极矩 极性分子产生的是诱导偶极矩和取向偶极矩之和
1 2 E
d 0 d
电损耗（tgδ<10-4）；
极性聚合物具有较高的介电常数和介电损耗 同一聚合物高弹态下的介电系数和介电损耗要
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三、介电损耗
电介质在交变电场中极化时，会因极化方向的变化
而损耗部分能量而发热，称介电损耗。 电导损耗：电介质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。
极化损耗：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。 极性聚合物，其主要部分为极化损耗
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4
一、分子极化
电子极化
变形极化或 诱导极化
价电子云相对原子核的位移 10-15 ~ 10-13 s
原子极化 分子极化 取向极化
10-9 s以上 原子核之间的相对位移 10-13 s以上
界面极化
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5
诱导偶极矩
1 d E
d 1 2
αd称为变形极化率； α1和α2分别为电子极化率和原子极化率
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2
本章内容
电学性能：主要包括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，
导电、介电性能参数的测定与应用，热电性能。 高聚物的介电性能 高聚物的导电性能与导电高分子材料 高聚物的电击穿 高聚物的静电作用
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3
8.1 高聚物的介电性能
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，称为介电性 用介电系数和介电损耗来表示。 在外电场的作用下，电介质分子中电荷分布所发 生的相应变化称为极化 极化决定了高聚物的介电行为
2 0
3KT
8
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高分子链的偶极矩是整个分子链中所有偶极矩的矢量和
CR2 CH2 CH2 n 型 CR2 n 型

0 3 n 4 11 n 12


CHR n 型


介质的极化度
P n0 n0E
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二、介电系数 真空平板电容器的电容C0与 施加在电容器上的直流电压V 及极板上产生的电荷Q0
C0 Q0 / V
C Q / V Q0 Q / V C0
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介电系数ε 含有电介质电容器的电容与该真空电容器的电容之比
C / C0 1 Q / Q0
介电系数反映了电介质储存电荷和电能的能力
~ 1 M 4 P N 0 2 3