聚合物的结构与介电性能.ppt

聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能 聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能 聚合物介电性 聚合物在外电场的作用下 由于分子极化引起电能的储存和损耗的性质 介电材料分类示意图 聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能 极化 在外电场的作用下 电介质分子或者其中某些基团中电荷分布发生相应变化 极化类型 电子极化 原子极化 取向极化 界面极化 价电子云相对原子核的位移 聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能 电子极化 极化过程 10 15 10 13s 聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能 原子极化 分子骨架在外电场下发生变形 极化过程一般10 13s 聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能 取向极化 极性分子延外场方向排列 极化过程一般10 9s 聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能 界面极化 产生于非均相介质界面处 在外电场的作用下 电介质中的电子或离子在界面处堆积的结果 极化需时几分之一至几分钟 甚至更长 定义 含有电介质的电容器电容与相应真空电容器的电容比 真空的 等于1 空气的 接近1 大多数非极性高聚物的 为2左右 极性高聚物的 为2 10 2 6 3 8 Q0 Q 介电常数 介电损耗 在交变电场中 电介质由于消耗部分电能而发热的现象 在交变电场中 介电常数可以写成复数形式 介质损耗角正切 介电损耗产生的原因 电导损耗 偶极的取向极化 常见聚合物tan 20 50Hz 聚合物及多组分聚合物的结构与介电性能 聚合物的介电性能的影响因素 聚偏氟乙烯 PVDF 具有较高的介电常数 由于分子链中H原子与F原子的电负性不同 会在PVDF分子链中产生偶极矩 在外加电场的作用下 PVDF分子中正 负电荷中心发生分离 产生电偶极矩 发生取向极化 1 极性 偶极取向极化对介电性质影响最大 极性越大 tan 越大 1 分子结构 15 介电常数是宏观物理量 反映了电介质的极化能力 大小由材料本身的性质决定 在外电场下电介质材料的极化作用越强 介电常数就越大 表1不同极性高分子材料的分子偶极矩和介电常数范围 分子聚集态结构的影响 玻璃态 链段运动被冻结 结构单元上的极性基团取向受链段牵制 取向能力低 对介电常数影响小高弹态 链段活动能力大 极性基团取向受链段牵制较小 对介电常数影响大 高弹态下 介电常数 损耗角大于玻璃态 1 分子结构 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 XP ZX Y J EuropeanPolymerJournal 2011 47 5 1031 1038 2 频率与温度 改性BaTiO3 EPR复合材料的电性能 BaTiO3粉末 混合均匀 冷压 热压固化 对BaTiO3进行表面处理 环氧树脂 1wt KH550偶联剂和丙酮 BaTiO3 EPR复合材料 实验 3 添加剂 随着BaTiO3含量 电导率随着频率 电导率 不同BaTiO3含量对BaTiO3 Epoxy复合材料的电导率随频率的变化 电导率分析 填料的加入 增加了陶瓷 聚合物界面区域 而界面区域的电导率大于单相本身的电导率 不同BaTiO3含量对BaTiO3 Epoxy复合材料的介电损耗的影响 介电损耗分析 填充量过高 会使填料分散不均匀 增加其界面极化 因此介电损耗增加 随着BaTiO3含量 介电损耗但是在体积含量低30vol 时 介电损耗小 随着频率 介电损耗 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 高tan 值材料的应用 高聚物的高频干燥 塑料薄膜高频焊接 大型高聚物制件的高频热处理 应用方面 RC 2 4L2 P2 L2 T2 金属线电阻率 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 低介电常数材料 降低聚合物材料介电常数的方法 增加聚合物材料的自由体积 含萘结构的芳基醚聚合物 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 ZES NEWCHEMICALMATERIALS 2007 35 7 11 降低聚合物材料介电常数的方法 赵春宝 绝缘材料 2010 33 对称氟取代 氟原子具有较强的电负性 可以降低高分子的电子和离子的极化率 达到降低高分子介电常数的目的 同时 氟原子的引入降低了高分子链的规整性 使得高分子链的堆砌更加不规则 分子间空隙增大而降低介电常数 含氟聚酰亚胺材料的介电常数为2 3 2 8 降低聚合物材料介电常数的方法 Berned AdvMater 2002 1041 生成纳米微孔材料 采用物理发泡制备微孔PI 当孔洞含鼠为40 时 IP的介电常数可降至1 7 同时膜的物理化学性能变化不大 谢谢