Природа электрической проводимости полимеров

Электрическая проводимость веществ g характеризует процесс перемещения электрических зарядов в результате действия внешне­го электрического поля. Она может быть ионной, электронной и молионной (электрофоретической) и связана с токами, протекаю­щими в образце вещества. Спадание тока в полимерах со временем
обусловлено в первую очередь движением связанных зарядов (диполей) и протеканием приэлек - тродных процессов. В отличие от обратимых процессов диэлектри­ческой поляризации & результате

А-релаксации

! а-релак-^

| соции

Ч»(Си

7

6

’ 2

! /А_ 1 /

- 5

1 AJ ~

- * 3

А 1 А

2

1 1 —

область

область

*5:

25

"*20

15

10

5

1,0^

' Сзч

0,5 - 0,2 0,1 0,05

-40 0 40 80 120 150 Т°Г

Рис. 7.14

Рис. 7.15

Рис. 7.14. Зависимости от температуры коэффициентов механических 1 (при частоте 0,5 Гц), диэлектрических 2 (при частоте 1*2 Гц) потерь и плотности то­ка термодеполяризации 3 образцов ПММА

Рис. 7.15. Корреляционная диаграмма, построенная по данным динамических механических (X) и диэлектрических (О) измерений, методом ЯМР (#) и термодеполяризации (Л) для ПММА

Кривые Л и Г относятся к разным стадиям сегментальной подвижности кривая Б ха­рактеризует процесс релаксации, связанный с движением боковых метилэфирных групп, а

кривая В — метильных боковых привесков

электропроводности устанавливается остаточный ток, обусловлен­ный движением только свободных зарядов. Эффективное значение £эфф, рассчитанное по поляризационному току, характеризует ди­электрические потери вещества, а не его способность проводить по­стоянный ток. Удельная электрическая проводимость а, имеющая в СИ размерность Ом^-м-1, является величиной, обратной удельно­му сопротивлению р вещества.

Для реальных полимерных материалов, применяющихся в каче­стве диэлектриков для электро - и радиоизоляции, электрическая проводимость зависит от их состава, а также от молекулярного строения и надмолекулярной структуры полимеров. Существенное влияние на а полимерных диэлектриков оказывают также темпера­тура, электрические поля и воздействие ионизирующей радиации.

В полимерах, как и в низкомолекулярных веществах, перенос электрических зарядов осуществляется и свободными, и слабосвя­занными частицами: ионами, электронами и заряженными колло­идными частицами (молионами). В ряде случаев один из этих ме­ханизмов электропроводности является превалирующим, а иногда реально измеряемое значение ^полн определяется суперпозицией всех трех видов проводимости [64]. Следует, однако, отметить, что
для большинства полимерных диэлектриков основное значение име­ет механизм ионной электропроводности. В них источниками ио­нов, концентрация которых не превышает 109—1010 см-3, могут быть как молекулы примесей, так и сами макромолекулы. В пластифи­цированном ПВХ, например, подвижность ионов (в частности, ка­тионов диоктилфталата) составляет 10~15—10-10 м2/(В-с).

Повышение температуры приводит к некоторому увеличению ко­личества ионов, ибо в обычных условиях ионогенные молекулы в полимерах диссоциированы не полностью. В хорошо очищенных по­лимерах основным источником ионов являются процессы диссоциа­ции с образованием положительно заряженных ионов. Для ряда по­лимеров, имеющих водородные связи, ионная проводимость может реализоваться и в результате самоионизации молекул. Процессы ориентации и кристаллизации таких полимеров приводят к тому, что водородные связи образуют длинные цепочки, через которые реализуется подвижность положительно заряженных ионов. Для кристаллических полимеров, содержащих малопроницаемые обла­сти молекулярной упорядоченности, движение ионов и диффузия примесей происходят по удлиненным путям в местах наибольшей дефектности структуры. В связи с этим увеличение числа дефектов в кристаллических полимерах приводит к росту g и коэффициента диффузии D. Для полимеров, имеющих надмолекулярные структу­ры, движение ионов в основном происходит через поверхности раз­дела внутри сферолитов и поверхностные слои на границах сферо­литов.

Комментарии закрыты.