介电常数与高聚物结构的联系

发表时间: 2025-02-22 19:11:50 作者: 客户案例

  电介质在外加电场下产生极化的现象, 是其内部分子和原子的电荷在电场中运动的微观体现。要进一步探究极化现象的实质, 必须在分子级的水平上去调查极化效果。

  不管是极性高分子聚合物或对错极性高分子聚合物, 在正常不加电场情况下, 分子偶极取向是乱七八糟的, 微观上都出现电中性。

  在外加电场效果下, 其分子受外电场效果, 分子内电荷分布产生相应的改动, 导致分子的偶极距增大, 这种现象称为极化。

  假如在真空平行板电容器加上直流电压U,在两个极板大将产生一定量的电荷 Q。,这个真空电容器的电容 Co为

  电容与所加电压的巨细无关, 而决议于电容器的几许尺度。假如电容器极板面积为S,而两极板间的间隔为d, 则

  假如在上述电容器的两极板间充溢高聚物电介质, 这时极板上的电荷将添加到Q (Q =Q0 + Q′), 电容器里的电容C 比真空电容器添加了εr 倍:

  介质极化决议于介电常数的巨细, 而介质极化与介质的分子结构及所在的物理状况有关。

  早年面的评论可知, 介质的极化按其机理至少可分为电子极化、原子极化、偶极取向极化, 其间以偶极取向极化的奉献最大, 而取向极化只要极性分子才干产生。因此碳氢化合物类的非极性高聚物, 如天然橡胶、聚苯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯只要电子极化、原子极化, 其介电常数较小, εr 在2 ~3 左右。极性高聚物如聚氯乙烯、有机玻璃、聚酯等, εr 在3 ~7规模。并且极性基团在分子链中的方位不同, 对介电常数的影响也不同。一般说来, 主链上的极性基团活动性小, 它的取向需求随主链的构象改动, 因此这种极性基团对介电常数影响较小; 而侧基上的极性基团, 特别是柔性的极性侧基, 因其活动性较大, 对介电常数影响较大。

  明显, 产生偶极取向运动时需求改动主链构象的极性基团, 包含在主链上的和与主链硬性衔接的那些极性基因, 它们对高聚物介电常数的奉献巨细, 激烈地依赖于高聚物所在的物理状况。在玻璃态下, 链段被冻住, 这类极性基团的取向运动有困难, 因此它们对高聚物的介电常数的奉献很小; 而在高弹态时, 链段可以运动, 极性基团取向得以顺利进行, 对介电常数奉献也就大了, 这就不难解说聚氯乙烯所含的极性基团密度简直比氯丁橡胶多一倍, 而室温下介电常数后者是前者的三倍。可彻底意料, 那些主链上含有极性基因或极性基团与主链硬衔接的聚合物, 当温度进步到玻璃化温度以上时, 其介电常数将大幅度进步, 如聚氯乙烯的介电常数将从3. 5 添加到15。

  分子结构对介电常数也有特别大的影响, 对称性越高, 介电常数越小, 对同一高聚物来说,全同立构的介电常数高, 间同立构介电常数低, 而无规立构介于两者之间。

  此外, 交联、支化、拉伸等对介电常数也有影响。交联结构使极性基因活动取向有困难, 因此降低了介电常数, 如酚醛塑料, 尽管极性很大, 但介电常数并不太高。拉伸使分子规整摆放, 然后添加分子间彼此效果力, 但降低了极性基团的活动性, 而使介电常数削减,相反支化则使分子间的彼此效果削弱, 因此使得介电常数升高。

  绝缘资料的介电常数是决议通讯电缆传输信号衰减的一个首要的要素, 所以通讯电缆的在答应电压下不导电的资料其介电常数越小越好, 一般会用介电常数小的聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯。而在电容器中, 则宜选用介电常数大的在答应电压下不导电的资料, 以进步电容量。

  除此之外, 温度、频率对介电常数影响也大。下表给出了部分高聚物的介电常数:

  北京航天伟创出产的LDJD系列介电常数及介质损耗测验仪,可以测验高聚物的介电常数和介质损耗。

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