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8.1聚合物的电学性能
1.1介电属性
介电常数ε:表征电介质储存电荷能力的大小。介电常数越大，电容器的电容越大。
电介质的极化:把电介质放入真空电容器，引起极板上电荷量增加，电容增大，这一现象称为电介质的极化。
极化强度P:描述电介质极化程度的大小。对于平行板间各向同性的均匀电介质，极化强度等于极化电荷密度。
分子极化率α:衡量介质在外电场中极化程度的微观物理量。
介电常数与分子结构的关系
a．极性基团在分子链上的位置。主链上的极性基团对介电常数影响较小;侧基上的极性基团对介电常数的影响较大。
b.发生取向运动时需要改变主链构象的极性基团。玻璃态下，对聚合物的介电常数的贡献很小;高弹态时，对介电常数的贡献大。
c．分子结构的对称性。对称性越高，介电常数越小。
d.交联、拉伸和支化。交联结构降低了介电常数。拉伸使介电常数减小。支化使介电常数升高。
1.2介电损耗
聚合物在交变电场中取向极化时，伴随着能理消耗，使介质本身发热，这种现象称为聚合物的介电损耗。
产生介电损耗有以下两个原因：
a.电介质中含有能导电的载流子，这在外加电场的作用下，产生导电流，消耗掉一部分电能，转化为热能，称为电导损耗。
b.电介质在交变电场下的极化过程中，与电场发生能量交换。取向极化过程是一个松驰过程，电场使偶极子转向时，一部分电能损耗于克服介质的内粘滞阻力上，转化为热量，发生松驰损耗。
固体聚合物在不同温度下或不同频率下观察介电损耗的情况,得到的温度谱或频率谱称为高聚物的介电松驰谱，它与力学松弛谱一样用开研究高聚物的转变，特别是多重转变。测定聚合物介电松弛，谱的方法主要有热释电流法(TSC)。TSC属低频测量，频率在10-3—10-5范围，分辨率高于动态力学和以往的介电方法。
影响介电损耗的因素:
a.分子极性越大，极性基团密度越大，则介电损耗越大。
b.频率和温度。与力学松弛相似。在极限高频下，偶极由于惯性，来不及随电场变化改取向，只有变形极化能够发生。频率低时，偶极取向完全跟得上电场的变化，能量损耗低。对一般高聚物来说，在温度不太高时，升高温度，分子间相互作用减弱，粘度降低，使偶极转动取向容易进行，极化加强;介电常数增加，到一定温度范围，温度升高，分子热运动加剧，对偶极取向的干扰增大，反而不利于偶极取向，使极化减弱，介电常数即开始随温度升高而减小。
c.外来物的影响。增塑剂的加入使体系黏度降低，有利于取向极化，介电损耗降移向低温。聚合物作为电工绝缘材料或电容器材料使用时，要求其介电损耗越小越好;相反，在塑料高频焊接或高频“热处理”情况下，要求ε大些才好。
1.3高聚物的导电机理
高聚物主要存在两种导电机理:
a.一般高聚物主要是离子电导。有强极性原子或基因的高聚物在电场下产生征解离，可产生导电离子。非极性高聚物本应不导电，理论比体积电阻为1025Ω.cm，但实际上要大许多数量级，原因是杂质(未反应的单体、残留催化剂、助剂以及水分）离解带来的。
b.聚合物导体、半导体主要是电子电导。
导电性的表征：①电阻率和电导率
a.材料的导电性用电阻率ρ或电导率σ来表示。
b.电阻和电导的大小都与试样的几何尺寸有关，不是材料导电性的特征物理量。
c．试样的电阻与试样的厚度h成正比，与试样的面积S成反比
c．材料的电导率等于载流子浓度N、迁移率u以及每个载流子荷电量q的乘积，也可以说，载流子浓度和迁移率是表征材料导电性的微观物理量。
f．电阻率与电导率都不与试样的尺寸有关，只决定于材料的性质，它们互为倒数，都可用于表征材料的导电性。
导电性高分子可分为以下三类：
a.结构型。聚合物自身具有长的共辄大II键结构，如聚乙炔、聚苯乙炔、聚酞菁铜等，通过“掺杂”可以提高导电率6~7个数量级。
b.电荷转移复合物。由电子给体分子和电子受体分子组成的复合物，目前研究较多的是高分子给体与小分子受体的复合物，如聚2－乙烯基吡啶或聚乙烯基咔唑作为高分子电子给体。碘作为电子受体，可做成高效率的固体电池。
c.添加型。在树脂中添加导电的金属（粉或纤维)或炭粒等组成。其导电机理是导电性粒子相互楼触形成连续相而导电，因而金属粉的含量要超过50%。
1.4介电击穿
在强电场下，聚合行从介电状态变为导电状态，称为电击穿。击穿强度(又称介电强度）定义为击穿时电极间的平均电位梯度，即击穿电压U,和样品厚度h之比。
其中E表征材料所能承受的最大电场强度，是高聚物绝缘材料的一项重要指标。聚合物绝缘材料的E一般为107V/cm左右。介电击穿机理可分为本征击穿（电击穿)、热击穿、化学击穿、放电击穿等，往往是多种机理综合发生。
1.5聚合物的静电现象
在任何两个固体，不论其化学组成是否相同，只要它们的物理状态不同，其内部结构中电荷载体能量的分布也就不同。这样两个固体接触时,在固一固表面就会发生电荷的再分配。在它们重新分离之后，每一固体将带有比接触或摩擦前更多的正（或负）电荷。这种现象称为静电现象。高聚物在生产、加工和使用过程中会与其他材料、器件发生接触或摩擦,会有静电发生。由于高聚物的高绝缘性而使静电难经漏导，吸水性低的聚丙烯腈纤维加工时的静电可达15kV 以上。
电子从材料的表面逸出，需要克服原子核的吸引作用，它所需要的最小能量可用功函数(即逸出功)来表征。摩擦时电子从功函数小的一方转移到功函数大的一方，使两种材料分别带上不同的静电荷。物质在上述序列中的差距越大，摩擦产生的电量也越多。一般认为,摩擦起电序与ε有一定关系，ε大的的带正电，ε小的带负电。
静电一般有害，主要是:
a.静电妨碍正常的加工工艺。
b.静电作用损坏产品质量。
c.可能危及人身及设备安全。
因而需要消除静电。目前较广泛采取的措施是将抗静电剂加到高分子材料中或涂布在表面。抗静电剂是一些表面活化剂，如阴离子型（烷基磺酸钠、芳基磺酸酯等)、阳离子型(季胺盐、胺盐等)以及非离子型(聚乙二醇等)。纤维纺丝工序中采取“上油”的办法,给纤维表面涂上一层吸湿性的油剂，增加导电性。
静电现象有时也能加以利用，如静电复印、静电记录、静电印刷、静电涂敷、静电分离与混合、静电医疗等，都成功地利用了高分子材料的静电作用。
8.2聚合物的热性能
提高耐热性（Tg、Tm)：
a.增加分子链刚性。
b.提高片晶性。
c.进行交联。
热稳定性（Td）：
a.避免弱键叔碳原子等）。
b.环状结构。
c.梯形结构
导热性:高分子的导热系数很小，绝热保温材料。
8.3聚合物的光学性能
材料的光学性能可分为线性光学性能和非线性光学性能。
线性光学性能的应用：利用聚合物的线性光学性能，制备一些光学器件，最具代表性的是聚合物光纤。聚合物光纤的优点是柔韧性好、端面易加工易修复、价格低廉。缺点是耐热性差，损耗大。影响聚合物光纤性能的主要因素有色散和损耗。
实现高的非线性光学活性的方法：
a.将高非线性光学活性的有机小分子溶解或分散在高分子基质中。
b.合成链单元具有光学活性的聚合物。
c.通过大分子反应将介晶基团接枝到聚合物侧链上。
8.4表面界面
表面改性：表面改性是为了改变高分子的表面性质。对表面进行氟化或化学反应可得到低表面张力的表面;在表面被氧化或引入一些杂质离子，可黏结性明显提高。表面界面改性方法：
a.表面接技。
b.共混改性:嵌段和接技共聚物，增容。
高分子材料的生物相容性：骨水泥的特殊要求：达到较大程度的交联，在聚合时体积收缩小。血液用高分子材料：在血液接触的表面上接枝水溶性的高分子，阻止血液蛋白到达表面。在表面接枝硫酸肝素多聚糖，阻止血液凝结和血栓的形成。
表征仪器方法:a.接触角方法。b.SEM。c.AFM。
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