高聚物介电性能

表征电解质极化的宏观参数，它与分子极化率α之间的关系由克劳修斯－莫索提公式给出：式中Μ为分子量；d为密度；NA为阿伏伽德罗数。分子极化率包括电子极化率αe和原子极化率αa,并与极性电介质在直流电场时的静介电常数ε0和分子的有效偶极矩μe有关。

(1)

式(1)称德拜公式,式中k为玻耳兹曼常数；T为热力学温度。只有电子极化和原子极化的非极性高聚物可通过麦克斯韦关系用折射率n表示：ε=n2,式中ε和n应在同一频率下测量。极性高聚物由于偶极极化,ε的实测值偏离n2较大。

介电损耗正切 也称介电损耗因子,tgδ是电介质在交变电场中损耗能量与贮存能量之比。由于电介质、基团或偶极的取向运动存在着阻力，使得极化滞后于电场的变化，其滞后相角δ的正切tgδ正比于材料在交变电场中能量的损耗。高聚物是具有低介电常数和低介电损耗的优良绝缘材料，非极性高聚物的tgδ可小于1×10-4，极性高聚物的tgδ为5×10-3～1×10-1。电介质在交变电场中能量的损耗与交变电场的频率f以及tgδ成正比,因此tgδ高的聚合物由于能将较多的电能转变为热能,所以它适合于高频焊接或高频加热，但不适合作高频绝缘材料。

复数介电常数 在交变电场中的介电性能要用复数介电常数ε*来描述：

ε*=ε′－iε″

式中ε′为实数部分,ε″为虚数部分，因此。

介电性能与温度 高聚物的介电性能有显著的频率和温度依赖性。具有单一松弛时间的电介质（实际上高聚物松弛时间分布很宽，是个谱）的介电性能的频率依赖性由德拜色散方程给出：

(2)

(3)

(4)

式(2)、(3)、(4)中ε∞和εS分别为色散区两侧高频和低频区的介电常数，称为未松弛和已松弛介电常数；ω为角频率；τ为松弛时间。

高聚物介电性能与温度的关系是通过松弛时间 τ与温度的依赖性相联系的，即：

式中τ0为常数；E为活化能;R为气体常数;T为绝对温度。

介电色散 由式(3)、(4)可知,ε′和ε″为lgωτ的函数,当ωτ=1时，ε′发生骤变而ε″出现峰值,这种现象称为介电色散。高分子介电色散是基团和链段松弛过程的表现，因此，高聚物的介电性能温度谱或频率谱是研究高聚物转变和松弛以及分子运动的重要方法之一。

在外加电场中只有束缚电荷作有限位移的材料称电介质，一般来说，高聚物都是电介质。电介质的性能可用介电常数和介电损耗正切 tgδ两个参数来表征。介电常数 ε是电容器中充满该材料时的电容量与在真空时的电容量之比，真空的ε等于1，空气的ε接近1，大多数非极性高聚物的ε为2左右，极性高聚物的ε为2～10。

高聚物的介电性能是指高聚物在电场作用下，表现出对静电能的储存和损耗的性质，通常用介电常数和介电损耗来表示。

（1）介电极化

绝大多数高聚物是优良的电绝缘体，有高的电阻率，低介电损耗、高的耐高频性和高的击穿强度。但在外电场作用下，或多或少会引起价电子或原子核的相对位移，造成了电荷的重新分布，称为极化。主要有以下几种极化：（1）电子极化，（2）原子极化，（3）偶极极化。前两种产生的偶极矩称诱导偶极矩，后一种为永久偶极矩的取向极化。

（2）介电损耗

聚合物在交变电场中取向极化时，伴随着能量消耗，使介质本身发热，这种现象称为聚合物的介电损耗。

常用复数介电常数来同时表示介电常数和介电损耗两方面的性质：

（3）影响介电性的因素

① 结构

分子极性越大，一般来说 和 都增大。而其中 还对极性基团的位置敏感，极性基团活动性大的（比如在侧基上）， 较小。

交联、取向或结晶使分子间作用力增加， 减少；支化减少分子间作用力， 增加。

② 频率和温度

与力学松弛相似

③ 外来物的影响

增塑剂的加入使体系黏度降低，有利于趋向极化，介电损耗峰移向低温。极性增塑剂或导电性杂质的存在会使 和都增大。

聚合物在作电工绝缘材料或电容器材料使用时，要求其介电损耗越小越好，相反在塑料高频焊接或高频“热处理”等情况下，要求 大一些才好。2100433B

无机介质材料表现出来的介电性能的应用中，还涉及到介电常数、介电损耗因子和介电强度等。

介电常数又叫介质常数、介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米

如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。

是指物质分子中的束缚电荷(只能在分子线度范围内运动的电荷)对外加电场的响应特性,它主要由相对介电常数εr'、相对介质损耗因数εr〃、介质损耗角正切tanδ和介质等效阻抗等参数来表征。

油和水（纯净的水）都属绝缘体。但纯净的水的介电性能远远高于油。拿相对介电常数来讲，水的介电常数是81，而变压器油的在3-5之间。