Електропровідність полімерів

 

Електропровідність полімерів характеризує їх здатність проводити електричний струм під дією зовнішнього електричного поля. Кількісною характеристикою електропровідності є питома диференціальна електропровідність γ або обернена їй величина – питомий диференціальний електричний опір. Розрізняють питому об’ємну і питому поверхневу електропровідність. Питома об’ємна електропровідність вимірюється в См/м, а питома поверхнева електропровідність – в См (1 См = 1 Ом^-1). Питома об’ємна електропровідність діелектриків не більше 10^-8 См/м, полімерних напівпровідників 10⁵–10^-8 См/м, а електропровідних матеріалів 10⁸–10⁶ См/м.

Електропровідність полімерів може бути обумовлена різними носіями зарядів: іонами, вільними і слабо зв’язаними електронами, а також зарядженими асоціатами макромолекул або окремими макромолекулами в розчині (моліонами). Відповідно до цього, практично вимірювана питома електропровідність полімеру визначається внеском трьох складових: іонної, електронної і моліонної провідності. У загальному випадку електропровідність полімерного зразка залежить від концентрації С_і, заряду і рухливості всіх носіїв зарядів:

.

Питомий електричний опір ρ визначається співвідношенням:

,

де R – електричний опір однорідного провідника довжиною l і поперечним перетином S.

Питомий електричний опір – це опір провідника довжиною
1 м і площею поперечного перерізу 1 м² (вимірюється в Ом·м).

Питомий об’ємний електричний опір – опір між електродами, прикладеними до протилежних граней куба речовини з довжиною ребра в 1 м (вимірюється в Ом·м). При внесенні полімеру до постійного електричного поля, збільшується в часі внаслідок процесів діелектричної поляризації, а потім досягає постійності значень, яка визначається кількістю заряджених частинок в одиниці об’єму полімеру, його будовою і температурою.

У даній лабораторній роботі питомий об’ємний електричний опір визначається за наступною формулою:

, (1)

де ( – діаметр вимірювального електрода А; – внутрішній діаметр електрода В,); b – товщина зразка; – покази тераомметра.

Питомий поверхневий електричний опір – опір між протилежними сторонами поверхні квадрата площею 1 м² струму, що проходить по поверхні через дві протилежні сторони цього квадрата (вимірюється в Ом). Величина залежить від стану поверхні діелектрика, наявності на ній забруднень. Полімери можуть адсорбувати на своїй поверхні вологу, оскільки полярні групи, що входять у макромолекулу, мають гідрофільний характер. Полімери, які містять здатні до іонізації мінеральні наповнювачі, також адсорбують воду. На поглинання вологи полімером впливає температура, тому сильно залежить від температури. При відсутності поверхневих забруднень і вологи при високих температурах .

У даній лабораторній роботі питомий поверхневий електричний опір визначається за наступною формулою:

, (2)

де ( – діаметр вимірювального електрода А; – внутрішній діаметр електрода В); g – ширина зазору між вимірювальним та охоронним електродами; – покази тераомметра.

Статична електризація полімерів виникає в результаті тертя і контакту тіл і виражається в утворенні та розділенні позитивних і негативних зарядів. Електростатичні властивості полімерних матеріалів оцінюють за показниками, що характеризують їх здатність до генерації електростатичних зарядів (поверхнева густина зарядів , напруженість поля поблизу полімеру Е) і здатність зарядженого полімеру розсіювати електростатичні заряди (, напівперіод витоку заряду ). При виникненні на поверхні полімерних матеріалів зарядів погіршуються властивості полімерів. Крім того, скупчення зарядів може приводити до пожеж і вибухонебезпечних ситуацій. Тому для зниження статичної електризації полімерних матеріалів застосовуються різні фізичні і хімічні методи, які забезпечують нейтралізацію або відведення зарядів, а також запобігають виникненню небезпечних зарядів. До фізичних методів відносяться заземлення полімерів або металевих деталей, що знаходяться у контакті з ними, а також іонізація повітря біля поверхні полімеру. До хімічних методів відносяться застосування полімерів з іоногенними групами, які сприяють усуненню статичної електрики, нанесення на його поверхню антистатиків, які або самі дисоціюють на іони, або викликають дисоціацію домішок і обумовлюють внаслідок цього витік зарядів. Як антистатики застосовуються поверхневоактивні речовини, поліелектроліти, порошкоподібні метали і їх оксиди, технічний вуглець, графіт та ін.

Електретний ефект визначається здатністю полімерів знаходитися в наелектризованому стані протягом тривалого часу. Полімерні електрети подібні до постійних магнітів і утворюють у просторі, що оточує їх, постійне електричне поле. Електретний стан виникає в різних полімерах під дією електричного поля високої напруженості і при опромінюванні їх електронами або іонами (наприклад, електрети можна отримати при полімеризації, переробці і витримці полімерів в полі високої напруженості).