第八章：聚合物的电性质试卷.ppt

二、聚合物的导电性 （一）概念 物质内部存在着传递电流的自由电荷，这些自由电荷称为载流子，载流子可以是电子，空穴，也可以是正、负离子。 电导：载流子在电场作用下在介质中的迁移。它是表征物体导电能力的物理量。 材料导电性的优劣，与其所含载流子的多少及载流子的运动速度有关。具体来说与载流子所带电荷量q，迁移速度V，载流子密度N有关，迁移速度V正比于电场强度，其比例系数为μ——即材料的迁移率，它是材料的特征参数，对于单位立方体有： Ｉu=N q V V= μ E =N q μ E 介电性是分子极化的反映，而导电性多半看作聚合物含少量杂质的反映。 （二）导电性的表征 材料的导电性，可用电阻率或电导率表征。 根据欧姆定律，电阻（R）定义为加在试样两端的电压与电流强度的比值，其单位是欧姆。试样的电导（G）定义为电阻的倒数。 R=V/Ｉ G=1/R=Ｉ/V 电阻的大小同试样的尺寸有关，与试样长度h成正比，与其横截面积S成反比。 上式中，ρ—电阻率，Ω.m； σ—电导率，Ω-1 .m-1 显然电阻率或电导率与材料的尺寸无关，而只决定于材料的性质，故用来表征材料的导电性，电阻率越小或导电率越大，则导电性越好。 有时需要分别表示材料表面和内部不同的导电性，其指标为表面电阻率和体积电阻率。 Ｉ 通过试样表面的电流Ｉs 通过试样体积内的电流ＩV 相应R Rs—表面电阻 RV—体积电阻 RV=V / ＩV Rs=V /Ｉs 式中， ρV—体积电阻率（体积电阻系数，比体积电阻），表示1cm3单位体积的电介质对电流的阻抗。 ρs—表面电阻率（表面电阻系数，比表面电阻）， 表示1cm2单位面积的电介质对电流的阻抗。 电阻越大，或电阻率越高，电导率越小，绝缘性越好。 按电阻率或电导率的大小可分为绝缘体，半导体，导体，超导体。 电阻率(Ω .m) 电导率(Ω-1 .m-1 ) 绝缘体 1018 ～107 10-18 ～10-7 半导体 107 ～10-5 10-7 ～105 导体 10-5 ～10-8 105 ～108 超导体 10-8 108 高分子一般是分子晶体和玻璃体，分子间堆砌由范德华力控制，电子云交叠较差，分子内即使存在可自由移动的载流子，也很难进行分子间的迁移，况且许多聚合物分子内电荷移动区域也是十分有限的。因此大部分聚合物是电的绝缘体。理论计算表明，聚合物绝缘体电导率为10-23 Ω-1 .m-1 ，而实测得的数据往往要比它大几个数量级，因此认为聚合物的微弱导电性往往是由于杂质引起的。具有特殊结构的聚合物有可能成为半导体和导体，甚至具有超导性。 （三）影响聚合物导电性的因素 高分子的化学结构是决定其导电性的首要因素。 1、饱和非极性高分子具有优异的绝缘性能， 　　　　　　ρV1014 2、极性高分子ρV1014 3、杂质↑，ρs↓,ρV↓ 4、含共轭双键的高分子—半导体材料 加入电荷转移络合物 加入金属离子等 5、T↑，导电性↑。 导体，超导体 三、聚合物的电击穿 聚合物作为绝缘材料，能耐多大的电压，能使用多长时间，这些都关系到电气设备的可靠性和安全性，在实际应用中极为重要。聚合物的电绝缘性并不是绝对的，在弱电场中具有绝缘性的聚合物在强电场（107—108V/m）中随V↑，其绝缘性会↓，V↑到一定数值时，介质可形成局部电导，