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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Hale Waihona Puke 21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 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 比玻璃态下大
CR2 n 型
0
CH2 CR2 n 型
CH2 CHR n 型
介质的极化度
3 4
n
11 12
n
P n0 n0E
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9
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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6
取向极化 发生在具有永久偶极矩的极性分子中
2
2 0
3KT
•E
0E
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0
2 0
3KT
7
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
2 0
3KT
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8
高分子链的偶极矩是整个分子链中所有偶极矩的矢量和
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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。
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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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➢大分子交联会妨碍极性基团取向，使介电系数降低 ➢支化结构会使大分子间相互作用力减弱，分子链 活动性增强，使介电系数增大
➢结晶高聚物在低于熔点温度下，介电系数和介电 损耗都随结晶度的提高而下降
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（2）温度和交变电场频率的影响
'
0
1
2 2
'' ( 0 ) 1 2 2
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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 C0
dV * dt
iC0V *
i t
C0V0e 2
电介质电容器
I *i t
C0
dV * dt
i iC0V *
i C0 C0 V * I R iIC
tan ( 0 ) 0 2 2
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电场频率的影响
当电场频率较低时（ω→0，相当于高温），电子极化、原
子极化和取向极化都跟得上电场的变化，因此取向程度高，
介电系数大，介电损耗小（→0），
10
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
P~ 1 M 2
4 3
N
0
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
P0
1 M 2
4 3
N
0
d
摩尔折射率
R
P0
n2 n2
1 2
M
n 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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Debye方程
极性电介质
P~ 1 M 2
4 3
N
0
(
d
2 0
)
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
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
极化决定了高聚物的介电行为
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一、分子极化
分子极化
变形极化或 诱导极化
取向极化
10-9 s以上
界面极化
电子极化
价电子云相对原子核的位移 10-15 ~ 10-13 s
原子极化
原子核之间的相对位移 10-13 s以上
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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
（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，
ε = 2.0 ~ 2.3
弱极性聚合物， 0 < μ ≤ 0.5D， ε = 2.3 ~ 3.0
中等极性聚合物，0.5 < μ ≤ 0.7D，ε = 3.0 ~ 4.0
强极性聚合物， μ > 0.7D，
ε = 4.0 ~ 7.0
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复介电系数 ＝ －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。
“纯电容”的电流 IC C0V *
“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
tan
IR IC
C0V * C0V *