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第六章 热电分析 样品为1~2mm厚的薄膜，电极为两平行板；测定非薄膜件(如复合材料、热固体系)则采用交叉(interdigitated) 电极 Temperature sensor sample to electrodes V,I Guard ring oven interdigitated electrodes temperature sensor V,I Dielectric Thermal Analysis (DETA) 介电常数 Vacuum E P 电容率之比= 电荷密度之比 称介电常数 极化率 + + No field Applied E Field 电子极化 － － － － － － － － + + + + + + + － － + + + － － － － － － － － + + + + + + + － － + + + 离子极化 取向极化 + + ? + ? + ? + ? + ? ~ V + + ? + ? + ? + ? + ? + + ? + ? + ? + ? + ? ? ? ? 交变电场下 C0 Q=C0V= C0V0sin?t ~ 两导电板间为真空，纯电容 V = V0sin?t 电容电流 Ic= dQ/dt = C0V0?cos?t 导前电压?/2 R C 两导电板间夹有电介质，相当于一个电容与一个电阻并联，电流为二者之和 Ic=C0?V0???cos?t 电容电流—— Ir=(V0/R)?sin?t 与电压同相 总电流Itotal导前电压V一个相角? Ic=C?V0???cos?t 导前电压?/2 电阻电流—— voltage-current relationship in a capacitor 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 applied voltage (V) measured current (pA) I V ? time (ms) 总电流 就是介电常数 称作损耗因子 ?’主导电容电流，导前电压?/2 ?” 主导电阻电流，与电压同相 cos sin ?cos ?sin ? i 复介电常数 总电流I与电压V间的相差为? ?的正切称损耗因子 I总 ? ? ? IC V 介电常数与结构的关系 聚合物 ? ? 聚四氟乙烯 12.7 2.1 聚丙烯 18.8 2.2 聚乙烯 17.1 2.3 聚二甲基硅氧烷 15.1 2.75 聚氯乙烯 19.4 3.4 聚甲基丙烯酸甲酯 18.7 3.6 尼龙 66 27.8 4.0 聚氯丁二烯 ? 6.7 聚丙烯腈 28.7 6.5 室温：PVC：3.4 聚氯丁二烯：6.7 介电常数的影响因素 20 30 40 50 60 70 80 90 100 11 10 9 8 7 6 5 4 3 介电常数 Temperature ?C 60Hz 1kHz 10kHz PVC 温度扫描 100Hz 1000Hz 10000Hz 100000Hz 3.9 3.7 3.5 3.3 3.1 2.9 2.7 2.5 2.3 100 130 160 190 220 250 介电常数 温度?C 淬冷PEEK Temperature, ?C -50 -30 -10 10 30 50 70 90 110 130 150 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 0.1kHz 1.0kHz 10.0kHz 100.0kHz 1.0MHz Dielectric constant Liquid epoxy/polyamide resin 玻璃化温度测定 -50 -30 -10 10 30 50 70 90 110 130 150 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 0.1kHz 1.0kHz 10.0kHz 100.0kHz 1.0MHz Liquid epoxy/polyamide resin tan ? Temperature, ?C Semi-c. C2C3 amorph C2C3 in-situ systems Loss relaxation area. ?E3 Pa/K 8 7 6 5 4 3 2