材料热学电学性能.PPT

重点： 热膨胀，热传导，电阻率，介电常数 难点： 介电性能 “热胀冷缩”是材料对温度变化响应的最普遍规律。但情况有时也相反，材料对温度变化响应是“热缩冷胀”，即材料具有负的膨胀系数。 有极少数物质，如锑、铋、镓等金属和在0℃~4℃之间的水，具有遇热收缩、受冷膨胀的现象。 水的“热缩冷胀”对水中动植物生命的意义 水的“热缩冷胀”对水中动植物生命的意义 水在0到4℃之间是热缩冷胀这一反常性质,对江河湖泊中的动植物的生命有着重要的影响和意义 3. 线膨胀系数测试方法 百分表 2.2 热传导 （1） 热传导 材料的内部存在温度梯度时，热能将从高温区流向低温区，这一过程称为热传导。 （2）热传导定律 2. 导热系数的测试方法 稳态测试法 2.3 比热 物质的比热代表其储存热量的能力 定义: 单位质量的物质升温1℃所吸收的热量 铜块量热计混合法（即降落法）： 试样在加热炉内恒温加热一段时间，达到一定温度后落至紫铜块量热计内，试样释放的热量被量热计完全吸收，测量试样和紫铜块量热计的温度变化值，即可求出试样的平均比热 结构型导电高分子材料： 高聚物自身具有共扼π键等特殊结构而具备导电功能，如聚乙炔、聚苯胺（PAn）、聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）、聚对苯（PPP）、聚苯亚乙烯（PPV）等 复合型导电高分子材料： 在高聚物中添加炭黑（CB）、石墨（GP）、碳纤维或金属粉末等导电物质 表面电阻：在试样的某一表面上两电极间U/I 表面电阻率：单位面积内的表面电阻，ρs。 ρs不是表征材料本身特性的参数，而是一个有关材料表面污染特性的参数。测得的表面电阻率值主要反映被测试样表面污染的程度。 表面电阻仪 体积电阻：在试样的相对两表面上放置的两电极间U/I=Rv 体积电阻率：单位体积内的体积电阻，ρv ρv可作为选择绝缘材料的一个参数，随温度和湿度的变化而显著变化。 1. 电介质有哪些主要的性能指标？ 2. 什么是介电损耗？电介质为什么会产生介电损耗？ 白川英树（Shirakawa）从事聚乙炔聚合机理研究，韩国研修生出现幸运的失误，使白川得到银色聚乙炔膜。偶然的机遇，麦克迪尔米德（MacDiarmid）首先注意到白川的聚乙炔膜。 三人在美国合作研究，两个月后，聚乙炔的电导率提高了7位数。 黑格（Heeger）为了说明聚乙炔的导电性，提出孤子的概念，才有了薄膜显示材料的诞生。 Rs：试样表面电阻，Ω D1 ：测量电极直径，cm D2 ：保护电极直径，cm 2.表面电阻率 Rv： 试样体积电阻，Ω S ：测量电极有效面积，m2 d ： 试样厚度，m 3. 体积电阻率 3.2 介电性能 1. 极化 极化：介质在外加电场的作用下产生感应电荷的现象。 电介质 电介质极化示意图 电介质：在电场作用下，能建立极化的一切物质。通常是指电阻率大于1010?·cm的一类在电场中以感应而并非传导的方式呈现其电学性能的物质。 介电常数、介电损耗、介电强度 电介质主要性能： 2. 介电常数 介电常数：表征电绝缘材料介质极化的一个宏观参数，它是将材料作为电容器介质时，电容与真空为介质对同尺寸电容器的电容之比 Q —— 有介质存在进行充电时极板上的总电荷 Qb —— 纯粹因电介质极化引起极板上的感应电荷 Q0 —— 电极间为真空时充电极板上的电荷 Q0 Q C —— 平板电容器放入介质时的电容量 C0 ——电极间为真空时的电容量 3. 介电损耗 电介质材料在交变电场作用下由于发热而消耗的能量称为介电损耗 原因： 电导（漏导）损耗：通过介质的漏导电流引起的电流损耗 极化损耗：电介质在电场中发生极化取向时，由于极化取向与外加电场有相位差而产生的极化电流损耗 例：聚合物作电工绝缘材料、电缆包皮：介电损耗越小越好。否则，不仅消耗较多电能，还会引起材料本身发热，加速材料老化破坏，引发事故 通信电缆 介电强度表征绝缘材料承受电压的能力，用在规定的试验条件下，试样在均匀电场中被击穿的电压值与试样厚度比值表示。 Eb：介电强度，kV/m Ub：击穿电压，kV d ： 试样厚度，m 4. 介电强度 电击穿：当电场强度超过某一临界值时，电介质就丧失其绝缘性能 聚合物的介电强度可达1000 MV/m 静电现象：两种物体互相接触和摩擦时会有电子的转移而使一个物体带正电另一个带负电的现象。 产生原因：高电阻率使其有可能积累大量静电荷→例如聚丙烯腈纤维因摩擦可产生高达1500v的静电压。 消除方法： 采用抗静电剂提高材料的表面导电性 抗静电剂：具有表面活性的功能，通过增加材料的吸湿性而提高表面导电性，从而消除静电现象的一种物质。 5. 静电现象 * 材料性能测试技术 Performance Testing