①交變電場中,分子中的偶極子不斷來回翻轉(zhuǎn),產(chǎn)生介電損耗
介電損耗是指受到外加電場的影響,介質(zhì)出現(xiàn)的能量消耗,一般主要表現(xiàn)為由電能轉(zhuǎn)換為熱能的一種現(xiàn)象。材料介電損耗越大,材料在交變電場(如交流電或電磁波)作用下更容易發(fā)熱,這會使材料的絕緣性能降低。因?yàn)闊崃靠赡軙?dǎo)致材料內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,如分子鏈的運(yùn)動加劇、分子間的作用力減弱等,從而使材料的絕緣電阻降低,更容易發(fā)生漏電現(xiàn)象。在交變電場中(如交流電或電磁波)中材料介電損耗越大,材料內(nèi)部的局部過熱現(xiàn)象可能會更加嚴(yán)重。當(dāng)局部溫度過高時(shí),材料的絕緣性能會急劇下降,甚至可能導(dǎo)致材料發(fā)生擊穿。
介電損耗與介電常數(shù)有什么關(guān)系呢?
高分子材料的介電損耗通常隨著其介電常數(shù)的增大而增大(正相關(guān)趨勢)。介電常數(shù)又叫介電系數(shù)或電容率,它是表示絕緣能力特性的一個(gè)系數(shù)。變電場中(如交流電或電磁波)中介電常數(shù)越大,介電損耗越大、儲能能力越強(qiáng)、內(nèi)部電場越弱、電磁波速越慢、信號延遲增加。
②局部缺陷或雜質(zhì)處,可能出現(xiàn)電子隧穿或熱激發(fā),形成極小漏電流。
高分子材料漏電流是指在外加電場作用下,材料內(nèi)部或表面發(fā)生微弱導(dǎo)電(非理想絕緣),由離子遷移、電子隧穿或雜質(zhì)載流子形成定向電荷流動的現(xiàn)象。漏電流越大,表明高分子材料的絕緣性能越差。
③過強(qiáng)的電壓,就會發(fā)生介電擊穿。
高分子材料的介電擊穿是指材料在強(qiáng)電場作用下,絕緣性能徹底喪失并形成永久性導(dǎo)電通道的物理過程。高分子材料的擊穿電壓越大,表明其絕緣耐受極限越高,在強(qiáng)電場下抵抗永久性失效的能力越強(qiáng)。

各類高分子材料(不改性的情況下)絕緣性、介電性、導(dǎo)電性各不相同,那它們是如何分類的呢
— 絕緣高分子材料 —
代表材料
PTFE、PE、PP、PI、PEEK、PPS
結(jié)構(gòu)特性解釋
這類材料的分子鏈高度非極性或剛性強(qiáng)、極化困難,電子很難移動,能有效阻止電流通過。
PTFE:含氟結(jié)構(gòu)使電子云緊密包裹碳骨架,極難極化,介電常數(shù)極低?! ?br /> PE、PP:碳?xì)滏溄Y(jié)構(gòu)非極性,鏈間無自由電子?! ?br /> PI、PEEK、PPS:雖然有一定極性,但鏈段剛性高、結(jié)晶性強(qiáng),表現(xiàn)出優(yōu)異的絕緣性能和高溫穩(wěn)定性。
典型應(yīng)用
高壓電纜包覆層
絕緣墊片、插座殼體
電容器封裝、IC模塑封裝材料
高溫絕緣部件(如PI、PEEK用于半導(dǎo)體設(shè)備)
—高介電高分子材料 —
代表材料
PVDF、Nylon(PA)、PI
結(jié)構(gòu)特性解釋
這類材料通常含有強(qiáng)偶極結(jié)構(gòu)單元(如–C–F、–C=O、–NH–),在外加電場下容易極化,表現(xiàn)出較高的介電常數(shù)?! ?br /> PVDF:氟原子誘導(dǎo)出強(qiáng)偶極,鏈段有序排列后還具備鐵電性,可實(shí)現(xiàn)壓電、電致伸縮行為?! ?br /> Nylon:極性酰胺基團(tuán)使其易極化,在低頻下介電性能優(yōu)異?! ?br /> PI:在保持高溫穩(wěn)定性同時(shí)也具中等介電響應(yīng),適合多功能元件。
典型應(yīng)用
高介電膜電容器介質(zhì)
壓電傳感器、MEMS器件
柔性驅(qū)動器、電致伸縮致動膜
—導(dǎo)電高分子(或復(fù)合材料)—
代表材料
PANI(聚苯胺)、PPy(聚吡咯)、PEDOT:PSS
碳黑/碳納米管/銀納米線填充復(fù)合物
結(jié)構(gòu)特性解釋
本征導(dǎo)電高分子如PANI、PEDOT具有共軛π電子結(jié)構(gòu),可在摻雜狀態(tài)下形成載流體,實(shí)現(xiàn)電子在鏈間遷移?! ?br /> 復(fù)合導(dǎo)電材料通過導(dǎo)電填料在高分子基體中形成滲流通道,實(shí)現(xiàn)電流通路。
典型應(yīng)用
EMI電磁干擾屏蔽材料
柔性電子電極、觸控器件
可穿戴導(dǎo)電布料、電化學(xué)器件