
【化】 polymeric ***lectrics
high polymer; macromolecule
【化】 macromolecule; polymer
【化】 ***lectric
【醫】 ***lectric
高分子電介質(英文:Polymer Dielectric)是指具有優異電絕緣性能的高分子材料。在電場作用下,這類材料内部能産生電極化現象,但幾乎不傳導電流。其核心特征包括:
高電阻率與低電導率
高分子電介質通常具有極高的體積電阻率(>10¹⁴ Ω·cm)和極低的電導率,能有效阻止電流通過,是理想的絕緣材料。
介電常數 (εᵣ 或 κ)
衡量材料在電場中儲存電能能力的參數。計算公式為:
$$
C = kappa epsilon_0 frac{A}{d}
$$
其中 ( C ) 為電容,( epsilon_0 ) 為真空介電常數,( A ) 為電極面積,( d ) 為介質厚度。高分子材料的 ( kappa ) 值範圍較廣(2-10),影響電容器的電荷存儲密度。
介電損耗 (tan δ)
表征材料在交變電場中能量損耗(轉化為熱能)的指标。低損耗(tan δ < 0.01)對高頻應用至關重要,如通信電纜絕緣層需最小化信號衰減。
介電強度
材料被擊穿前所能承受的最大電場強度(單位:kV/mm)。高分子電介質的高介電強度(如聚乙烯可達500 kV/mm)保障了高壓設備(如變壓器、輸電電纜)的安全運行。
極化機制
包括電子極化(原子内電子雲位移)、原子極化(原子核相對位移)、取向極化(極性分子轉向)和界面極化(雜質/缺陷處電荷堆積)。極化響應速度影響材料在高頻下的性能。
典型應用
參考文獻來源
高分子電介質是指在外加電場作用下可産生極化的高分子材料,屬于電介質的一種。以下是其核心概念及特性:
高分子電介質由高分子聚合物構成,其内部存在電子、離子、偶極子等束縛電荷。在無電場時,正負電荷重心重合,整體偶極矩為零;施加電場後,電荷重心分離,産生誘導偶極矩,這一過程稱為極化。幾乎所有高分子聚合物都具有電介質特性。
高分子電介質極化度通常小于無機電介質(如陶瓷、雲母),但其柔韌性、加工性和輕量化更優。
主要用于絕緣材料,如電纜包覆、電子元件封裝等,要求體積電阻率超過10⁹Ω·cm。其高電阻率(一般>10⁹Ω·cm)和低導電性使其成為理想的電隔離材料。
極化強度公式可表示為: $$ P = chi_e E $$ 其中$chi_e$為電極化率,$E$為電場強度。
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