聚合物的电学性能和热学性能
聚合物的电学性质
聚合物的静电现象 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-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以漏导，吸水性低的聚丙烯腈纤维加工时的静电可达15千伏以上。 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。 一些主要高分子的功函数及起电次序（tribo-electric series）见表10-1。 表10-1高聚物的摩擦起电序 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有一定关系，大的带正电，小的带负电。 静电一般有害，主要是： （1）静电妨碍正常的加工工艺； （2）静电作用损坏产品质量； （3）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。 聚合物的其他电学性质 （1）力－电性 在机械力的作用下，高聚物的电学性质反映主要是压电效应。 将高聚物的试样置于两电极之间，在机械力的作用下，因发生形变（伸长线缩短）而发生极化，同时产生电场，这种现象称正压电效应。反之，在高聚物试样上加上电场，试样发生相应的形变，同时产生应力，这个现象称为逆压电效应。 产生压电效应的高聚物主要结晶高聚物（单轴取向）和高分子驻极体。如PVC、PC、PTFE 和HDPE等。 利用高聚物的压电效应，可做成话筒、传感器等转换元件。 （2）热－电性 在热的作用下，高聚物材料具有热释电性，这是非常重要的电学性质。 驻极体：将电介质置于高压电场中极化，随即冻结极化电荷，可获得静电持久极化，这种长寿命的非平衡电矩的电介质称驻极体。 高聚物驻极体研究从上世纪四十年代开始，现已投入使用优点聚偏氟乙烯、PET、PP、PC等高聚物超薄薄膜驻极体，广泛用作电容器传声隔膜，计算机储存器、爆炸起爆器、血液凝固加速作用等方面。 高聚物驻极体的制备方法是：将高聚物薄膜夹在两个电极中，加热到聚合物的主转变温度以
材料热学力学性能
第一章 脆性材料的断裂强度等于甚至低于弹性极限，因而断裂前不发生塑性形变。脆性材料的抗拉断裂强度低，但抗压断裂强度高。 强度：材料对塑性变形和断裂的抗力 塑性：材料在断裂前发生的不可逆的变形量的多少 韧性：断裂前单位体积材料所吸收的变形和断裂能。即外力所做的功。 泊松比 比例极限（16）弹性极限（17表征材料对极微量塑性变形的抗力）屈服强度抗拉强度延伸率断面收缩率P7 真应力S——真应变?曲线P8 单位体积材料在断裂前所吸收的能量，也就是外力使材料断裂所做的功，称为金属的韧度或断裂应变能密度Ut，它可能包含三部分能量，即弹性变形能、塑性变形能和断裂能。 第二章 零构建的刚度取决于两个因素：构件的几何和材料的刚度。表征材料刚度的力学性能指标是弹性模量。在加工过程中，应当提高材料的塑性，降低塑性变形抗力——弹性极限和屈服强度。 金属变形的微观解释P12 弹性模量表明了材料对弹性变形的抗力，代表了材料的刚度。 影响弹性模量的内部因素有纯金属的弹性模量、合金元素与第二相的影响，外部因素有温度、加载速率和冷变形影响p14 总之，弹性模量是最稳定的力学性能参数，对合金成分和组织的变化不敏感。 单晶体金属的弹性模量，其值在不同的结晶学方向上是不同的，也表现出各向异性。在原子间距较小的结晶学方向上，弹性模量的数值较高，反之较小。 弹性比功：弹性应变能密度，指金属材料吸收变形功而又不发生永久变形的能力，是在开始塑性变形前单位体积金属所能吸收的最大弹性变形功，韧度指标。P17 金属塑性变形方式为滑移和孪生，临界切分应力p21 滑移面和滑移方向常常是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向。金属浸提中的滑移系越多，其塑性可能越好。 实用金属材料的塑性变形特点择优取向形变织构（p22）: 1 各晶粒塑性变形的非同时性和不均一性 2 各晶粒塑性变形的相互制约性与协调性 屈服效应、时效效应p23 提高屈服强度的途径： 1 纯金属
高聚物的电学性能
高聚物的电学性能 一、几个基本概念 1、高聚物的介电性：高聚物在外电场作用下由于分子极化将引起电能的贮存和损耗，这种性能称为介电性，通常用介电常数和介电损耗来表示。 2、分子的极化：在外电场作用下，电介质分子或者其中某些基团中电荷分布发生的相应变化称为极化，包括电子极化、原子极化、取向极化、界面极化。 3、介电常数（介电系数）：定义含有电介质的电容器的电容与相应真空电容器的电容之比为该电容器的介电常数e。e是衡量电介质极化程度的宏观物理量，它可以表征电介质贮存电能的能力。 4、介电损耗：在交变电场中电介质消耗一部分能量而发热的现象称为介电损耗。高聚物的介电损耗可分为电导损耗和偶极损耗，其中前者是非极性高聚物介电损耗的主要部分；后者是极性高聚物介电损耗的主要部分. 5、介电击穿：在强电场中（107~108V/m),随着电压的升高，高聚物的电绝缘性能会逐渐下降，电压升高到一定数值时，高聚物中因有很大的电流通过而完全失去了绝缘性质，大量电能迅速释放，有时甚至伴随着物理破坏（如材料局部烧毁等），这些现象统称为介电击穿。 一、高聚物的导电特点 1、材料导电原理： 2、载流子：电子、空穴、正负离子 3、材料的导电性与载流子的多少及其运动速度有关 4、材料导电性的表示方法：电阻率(体积电阻率与表面电阻率）或电导率 5、大多数高聚物导电性很低，属绝缘体，有部分高聚物具有半导体、导体的导电率 聚合物的导电机理：导电载流子可以是电子、空穴、正负离子；无共轭双键的非极性高聚物主要是离子导电共轭聚合物、聚合物的电荷转移聚合物、聚合物的自由其-离子化合物和有机金属聚合物具有强的电子电导（表现为半导体或导体）。 二、表面电阻率和体积电阻率 1、表面电阻率Rs：表征高聚物表面的导电性，规定为单位正方形表面上两刀形电极之间的电阻，单位为欧姆 2、体积电阻率Rv:表征高聚物体内导电性，是体积电流方向的直流场强与该处体积电流密度之比，单位为欧姆*米
石墨片对环氧树脂的热学、力学和电学性能影响
文章编号:1007-8827(2015)05-0432-06 石墨片对环氧树脂的热学二力学和电学性能影响 Subhra Gantayat1,2,Gyanaranjan Prusty1,Dibya Ranjan Rout2,Sarat K Swain1 (1.Department of Chemistry,Veer Surendra Sai University of Technology,Burla,Sambalpur768018,India； 2.School of Applied Science(Physics),KIIT University,Bhubaneswar751024,India) 摘要:采用溶液技术制备出膨胀石墨增强环氧树脂复合材料三对石墨进行化学改性以提高与环氧树脂的相容性三采用XRD﹑FE-SEM和HR-TEM对环氧树脂/膨胀石墨复合材料进行表征三与环氧树脂相比,添加质量分数9%膨胀石墨后,该复合材料的热分解温度从340?升高至480?,抗张应力提高30%,导电率由10-15增加至10-5数量级三热学﹑力学和电学性能的显著提高,主要归因于膨胀石墨纳米片在环氧树脂基体中的良好分散性,从而可用于广泛的应用领域三 关键词:膨胀石墨；扫描电镜；透射电镜；导电率 中图分类号:TB332文献标识码:A 通讯作者：Sarat K Swain.E-mail：swainsk2＠yahoo.co.in Expanded graphite as a filler for epoxy matrix composites to improve their thermal,mechanical and electrical properties Subhra Gantayat1,2,Gyanaranjan Prusty1,Dibya Ranjan Rout2,Sarat K Swain1 （1.Department of Chemistry,Veer Surendra Sai University of Technology,Burla,Sambalpur768018,India； 2.School of Applied Science（Physics）,KIIT University,Bhubaneswar751024,India） Abstract:Expanded graphite(EG)-reinforced epoxy composites were prepared by a solution mixing method.The structure and morphology of the EG/epoxy composites were investigated by XRD,FE-SEM and HR-TEM.The EG prepared by acid oxidation and thermal expansion shows good compatibility with the epoxy resin that enters the EG layers to decrease their thickness to60-70nm,owing to its abundant oxygen-containing functional groups.With the addition of9wt%EG,the thermal decomposition temperature of the composite increases from340to480?,the electrical conductivity from10-15to10-5S/cm and the tensile stress is increased by more than30%.These improvements are attributed to the good dispersion of EG sheets in the epoxy matrix. Keywords: Expanded graphite；FE-SEM；HR-TEM；Conductivity Received date:2015-03-05； Revised date:2015-10-08 Corresponding author:Sarat K Swain.E-mail:swainsk2＠yahoo.co.in English edition available online ScienceDirect(http:／／https://www.wendangku.net/doc/5f14484606.html,／science／journal／18725805). DOI:10.1016/S1872-5805(15)60200-1 1 Introduction Polymer matrix composites are multi-phase mate-rials produced by combining polymer resins with rein-forcing fillers having improved properties in compari-son with the matrix materials.Hence,different fillers are used to enhance the physical and mechanical prop-erties of composites.Polymer matrix composites are of scientific and industrial interest because of their en-hanced properties arising from the reinforceing func-tion of nanofillers[1-4].Different conducting fillers such as carbon nanotubes and graphite have been ex-tensively studied because of their ability to increase the mechanical,thermal and electrical properties of the native polymers[5,6]. Epoxy resins are a class of thermoset materials available in various forms from low viscosity liquid to high melting solids,which are widely used as poly-mer matrices in composites,owing to their high strength,low shrinkage,excellent adhesion to sub-strates,chemical resistance and low cost.Most of polymers are generally electrical insulators with very low concentrations of free charge carriers.Thus they are non-conductive and transparent to electromagnetic radiations.This property made them incapable for the use as enclosures for electronic equipments.Hence, these limitations are the causes of growing research activities for electrically conducting polymers.Con-ducting polymers can be either inherently conductive or insulating polymers composited with conductive fillers.Conductive composites are used in light emit-ting devices,batteries,electromagnetic shielding and 第30卷第5期 2015年10月新型炭材料 NEW CARBON MATERIALS Vol.30 No.5 Oct.2015
纤维的电学性能
纤维的电学性能 纤维的电学性能，主要包括纤维的导电性能与静电性能等。 (一丨电阻 电阻是表示物体导电性能的物理量。纤维的电阻一般以比电阻表示，纺织纤维常用的是质量比电阻。电流通过单位质量的物体且其长度为单位长度时的 电阻称为质董比电阻。纺织材料是不良导体，因此质量比电阻都^大。 影响纤维材料电阻大小的最主要因素是纤维的吸湿性和空气的相对湿度，纤维吸湿性好、皇冠比分空气相对湿度又大时，纤维吸湿量大而电阻小。因此 棉、麻、粘胶纤维的电阻比涤纶、锦纶、腈纶等合成纤维的电阻小。羊毛 纤维表面因有鳞片覆盖而表面的吸湿性很差，也表现出较髙的电阻。纤 维内含水率增加时，质量比电阻就会降低，服装在潮湿的气候下就不易 产生静电积累。纤维电阻过髙易产生静电而影响舒适性能。 (二)静电 纤维材料在加工和穿用过程中，会与人皇冠比分体及各种物体发生摩擦而产生静电。如果纤维或物体的导电性不好，电荷不易逸去，常会影响生产加工，降低织物品质。服装在产生静电时易沾污，并发生缠附现象，致使人体活动不方便，穿着不舒服，不雅观，甚至引起火灾。 材料所带静电的强度，可以用电荷半衰期来表示，即纤维材料上的静电电压或电荷衰减到原始数值的一半所需的时间；也可以用纤维的比电阻来间接表示。各种纤维的最大带电童大致相等，但静电衰减速度却差异很大。材料的表面比电阻降到一定程度，可以子的物体带负电荷，失去电子的物体带正电防止静电现象发生。
荷。表1 - 15为30冗和33%相对湿度下的纤两个绝缘体相互摩擦并分开时，得到电维静电电位序列。 纤维素纤维的静电现象不明显，皇冠比分羊毛或蚕丝有一定的静电干扰,而合成纤维和醺酿纤维制品的静电现象较严重。合成纤维及其织物常采用耐久性抗静电处理方法e如在合成纤维聚合或纺丝时，加人亲水性聚合物或导电性的髙分子化合物;采用复合纺丝法，制成外层有亲水性的复合纤维。也可以在混纺纱中混人吸湿性强的纤维，或按电位序列把带正电荷的纤维和带负电荷的纤维进行混纺；或混人少童的永久性抗静电纤维或导电纤维（金属纤维等)。对合成纤维织物还可以进行耐久性的亲水性树脂整理来避免静电现象。另一方面，纤维制品也可以采用暂时性抗静电处理方法。例如通过利用表面抗静电剂在纤维表面形成一层薄膜；或者增强吸湿性，以降低纤维的表面比电阻,使产生的静电易于逸散。 皇冠比分https://www.wendangku.net/doc/5f14484606.html,
聚合物电性能
7.4 聚合物的电学性质 一提起高聚物的电学性质，人们马上会想起高聚物是一种优良的电绝缘体，广泛用作电线包皮。这的确是高聚物优良的电学性质的一个重要方面，即高的电阻率、很高的耐高频性、高的击穿强度，所以是一种理想的电绝缘材料。 其实有的高聚物还具有大的介电常数和很小的介电损耗，从而可以用作薄膜电容器的电介质。 还有其他具有特殊电功能的高聚物相继出现，比如高聚物驻极体、压电体、热电体、光导体、半导体、导体、超导体等。 研究高聚物的电学性质，除了生产上的实用价值外，它还有重要的物理意义，因为高聚物的电学性质往往最灵敏地反映高分子内部结构和分子运动之间的关系。电学性质能在比力学性质更宽的频率范围内测定，测定精确性和灵敏性都高，因而成为研究高分子结构和分子运动的有力手段。 7.4.1 聚合物的介电性 介电性是指高聚物在电场作用下，表现出对静电能的储存和损耗的性质。通常用介电常数和介电损耗来表示。 根据高聚物中各种基团的有效偶极距μ，可以把高聚物按极性的大小分成四类： 非极性（μ＝0）：聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯等 弱极性（μ≤0.5）：聚苯乙烯、天然橡胶等 极性（μ＞0.5）：聚氯乙烯、尼龙、有机玻璃等 强极性（μ＞0.7）：聚乙烯醇、聚酯、聚丙烯腈、酚醛树脂、氨基塑料等 聚合物在电场下会发生以下几种极化：（1）电子极化，（2）原子极化，（3）偶极极化。聚合物的极化程度用介电常数ε表示。它定义为介质电容器的电容比真空电容器增加的倍数 式中：V为直流电压；Q0、Q分别为真空电容器和介质电容器的两极板上产生的电荷；Q’为由于介质极化而在极板上感应的电荷。 介电常数的大小决定于感应电荷Q’的大小，所以它反映介质贮存电能的能力。
材料电学性能
高分子材料的电学性能 高分子092班学号：5701109061 姓名：林尤琳 摘要：种类繁多的高分子材料的电学性能是丰富多彩的。多数聚合物材料具有卓越 的电绝缘性能，其电阻率高、介电损耗小，电击穿强度高，加之又具有良好的力学性能、耐化学腐蚀性及易成型加工性能，使它比其他绝缘材料具有更大实用价值，已成为电气工业不可或缺的材料。 关键词：高分子材料电学性能静电导电介电常数 高分子材料的电学性能是指在外加电场作用下材料所表现出来的介电性能、导电性能、电击穿性质以及与其他材料接触、摩擦时所引起的表面静电性质等。电学性能是材料最基本的属性之一，这是因为构成材料的原子和分子都是由电子的相互作用形成的，电子相互作用是材料各种性能的根源。电子的微观相互作用同时是产生材料宏观性能，包括电学性能的微观基础。在电场作用下产生的电流、极化现象、静电现象、光发射和光吸收现象都与其材料内部的电子运动相关。深入、系统了解材料的电学性能在材料的制备、应用等方面都具有非常重要的意义。（1） 一、聚合物的介电性 介电性是指高聚物在电场作用下，表现出对静电能的储存和损耗的性质。通常用介电常数和介电损耗来表示。(2) 根据高聚物中各种基团的有效偶极距μ，可以把高聚物按极性的大小分成四类： 非极性（μ＝0）：聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、聚四氟乙烯等 弱极性（μ≤0.5）：聚苯乙烯、天然橡胶等 极性（μ＞0.5）：聚氯乙烯、尼龙、有机玻璃等 强极性（μ＞0.7）：聚乙烯醇、聚酯、聚丙烯腈、酚醛树脂、氨基塑料等 聚合物在电场下会发生以下几种极化：（1）电子极化，（2）原子极化，（3）偶极极化。聚合物的极化程度用介电常数ε表示 式中：V为直流电压；Qo、Q分别为真空电容器和介质电容器的两极板上产生的电荷；Q’为由于介质极化而在极板上感应的电荷。 非极性分子只有电子和原子极化，ε较小；极性分子除有上述两种极化外，还有偶极极化，ε较大。此外还有以下因素影响ε： （1）极性基团在分子链上的位置。在主链上的极性基团活动性小，影响小；在柔性侧基上的极性基团活动性大，影响大。 （2）分子结构的对称性。分子结构对称的，极性会相互抵消或部分抵消。 （3）分子间作用力。增加分子间作用力（交联、取向、结晶）会使ε较大；减少分子间作用力（如支化）会使ε较小。 （4）物理状态。高弹态比玻璃态的极性基团更易取向，所以ε较大。 聚合物在交变电场中取向极化时，伴随着能量损耗，使介质本身发热，这种现象称为聚合物的介电损耗。通常用介电损耗角正切tanδ来表示介电损耗。一般高聚物的介电损耗时非常小的，tanδ＝10－3～10－4。 介电损耗主要是取向极化引起的，通常ε越大的因素也越会导致较大的介电损耗。非极性聚合物理论上讲没有取向极化，应当没有介电损耗，但实际上总是有杂质（水、增塑剂等）
Poor Te的电学性质
Electrical and Thermal Behavior of Tellurium poor GeSbTe compounds for Phase Change Memory Mattia Boniardi, Andrea Redaelli, Innocenzo Tortorelli, Simone Lavizzari, Agostino Pirovano, Fabio Pellizzer, Enrico Varesi, Davide Erbetta, Camillo Bresolin, Alberto Modelli and Roberto Bez Micron Semiconductor Italia s.r.l., Process R&D via C. Olivetti 2, 20864, Agrate Brianza, MB, Italy email: mboniardi@https://www.wendangku.net/doc/5f14484606.html, Abstract— The phase change active material exploration represents an important stage in order to further strengthen the know-how on the Phase Change Memory (PCM) technology. This work reports a path for PCM material exploration toward the tellurium poor region of the GeSbTe (GST) ternary compound system. Data retention enhancement is reported and associated to a factor 1.5 increase of the crystallization activation energy. A detailed description and discussion of the remarkable electrical and thermal parameters of the PCM cell as a function of GST composition is provided. Keywords- Phase Change Memory; chalcogenide materials; GeSbTe system; Tellurium poor alloys; average coordination number; thermal efficiency. I.I NTRODUCTION The PCM technology is based on the ability of a chalcogenide material, belonging to the GeSbTe (GST) ternary compound system in Fig. 1, to reversibly change its phase between the amorphous one, showing a high electrical resistance, and the poly-crystalline one, showing a low electrical resistance (see Fig. 2), thus realizing the storage of the logical bit. The key role in the phase change operation is played of course by the electrical and thermal properties of the phase change material implemented in the storage element. Thus a deep exploration of the whole GeSbTe ternary compound system is required to get aware of the PCM technology potential [1]. This work reports the study on some alloys toward the Te-poor direction in the ternary diagram, away from the widely studied Ge2Sb2Te5, or standard GST, lying on the pseudo-binary line between GeTe and Sb2Te3 as represented by the blue points in Fig. 1. Experiments have been carried out on samples realized with the cell architecture reported in Ref. [1]. The main parameters we monitored are the resistance window, data retention and power consumption during the phase change operation. Their behavior as a function of composition will be discussed by physics-based interpretations and models. II.R ESISTANCE W INDOW A sufficient resistance window between the two phases of GST is required to have a good readout margin of memory. Figure 3 reports the set and reset resistance behavior as a function of the Te relative concentration. Increasing Te allows Figure1. GeSbTe ternary compound system. Ge2Sb2Te5is the most widely studied GST compound and lies on the pseudo-binary line between Sb2Te3 and GeTe. This work moves from Ge2Sb2Te5 toward the Te-poor direction. Figure2. I-V characteristic curves of a PCM cell. SET and RESET resistances, holding and threshold voltages, V H and V TH, are remarkable electrical parameters of the cell. a more resistive reset state (amorphous GST), widening the resistance window and enhancing the readout margin. Such electrical behavior is due to the mobility gap modulation by composition in the different compounds, as evidenced in Fig. 4a which plots the activation energy of conduction E C as a function of the Te relative concentration. E C is obtained thanks to the amorphous resistance sampling at different temperature conditions, as reported in Fig. 4b, and by the application of the resistance activation equation, (1) where R0 is a constant. One may coherently link the slight composition dependence of E C to the one observed on the amorphous resistance in Fig. 3. Moreover the same composition dependent signal observed on E C and R is expected on both the threshold voltage V TH for the amorphous 978-1-4673-1081-9/12/$31.00 ?2012 IEEE
材料电学性能
第二章 材料电学性能
在很多场合，材料的选择使用受到其电学性能的影响 各种材料的电学性能存在着极大的差异，随着应用场合的不 同，需要选择使用不同的材料 如：导线需要有很高的导电性；而绝缘保护层，则需要高的 电绝缘性
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导体、半导体、绝缘体同时出现在一个电子芯片上
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超导材料及其应用技 术被认为是21世纪具 有战略意义的高新材 料与技术，将在能源、 交通、信息、科学仪 器、医疗装置、国防、 重大科学研究装置等 方面有广泛应用，而 且是一种其它技术无 法替代的高新技术
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绝缘材料的应用
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纳米ZnO2带的TEM像
超 长 纳 米 SnO2 带 (A) 的SEM和TEM像(B)
2002年乔治亚理工王中林教授等成功合成了诸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系 列半导体氧化物纳米带，纳米带呈现高纯、结构均匀和单晶体，几乎无缺陷和位 错；纳米线呈矩形截面，典型宽度为20-300nm，宽厚比为5-10，长度可达数毫米 这种半导体氧化物纳米带是一种理想的材料体系，可以用来研究载流子维度受限 的输运现象和制造基于这一性能的功能器件
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美国凤凰城（Phoenix）和阿里桑那洲（Arizona）的莫托罗拉实验室的科学家们，在 2001年9月宣布，他们借助在硅和砷化镓之间生长一个钛酸锶（SrTiO3）的界面层的 方法，在大直径硅衬底上淀积高质量化合物半导体GaAs单晶薄膜获得成功 大直径GaAs/Si复合片材的研制成功不仅给以GaAs、InP为代表的化合物半导体（激 光）产业带来挑战，而且以其廉价，可克服GaAs、InP大晶片易碎和导热性能差等缺 点以及与目前标准的半导体工艺兼容等优点受到关注 最大的一个潜在应用是为实现人们长期以来的梦想━━光电子器件与常规微电子器 件和电路在一个芯片上的集成提供技术基础 6
LED的电学特性、光学特性及热学特性
LED的电学特性、光学特性及热学特性 led是利用化合物材料制成pn结的光电器件。它具备pn结结型器件的电学特性：I-V 特性、C-V特性和光学特性：光谱回应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。LED电学特性 A. I-V特性 表征LED芯片pn结制备性能主要参数。LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。 （1）正向死区：（图oa或oa′段）a点对于V0 为开启电压，当V＜Va，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。 （2）正向工作区：电流IF与外加电压呈指数关系 IF = IS (e qVF/KT –1) -------------------------IS 为反向饱和电流。 V＞0时，V＞VF的正向工作区IF 随VF指数上升IF = IS e qVF/KT （3）反向死区：V＜0时pn结加反偏压 V= - VR 时，反向漏电流IR（V= -5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。 （4）反向击穿区V＜- VR ，VR 称为反向击穿电压；VR 电压对应IR为反向漏电流。当反向偏压一直增加使V＜- VR时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。 B . C-V特性 LED的芯片有9×9mil (250×250um)，10×10mil，11×11mil (280×280um)， 12×12mil (300×300um)，故pn结面积大小不一，使其结电容（零偏压）C≈n+pf 左右。 C-V特性呈二次函数关系（如图2）。由1MHZ交流信号用C-V特性测试仪测得。 C.最大允许功耗PF m 当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×IF LED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。若结温为Tj、外部环境温度为Ta，则当Tj＞Ta时，内部热量借助管座向外传热，散逸热量（功率），可表示为P = KT（Tj – Ta）。 D.回应时间 回应时间表征某一显示器跟踪外部资讯变化的快慢。现有几种显示LCD（液晶显示）约10-3~10-5S，CRT、PDP、LED都达到10-6~10-7S（us级）。 LED光学特性 发光二极体有红外（非可见）与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用
聚合物复合材料性能及测试标准
聚合物复合材料性能解释以及测试标准指南 1．1拉伸性能 拉伸性能包括拉伸强度，弹性模量、泊松比、断裂伸长率等。对于如高压容器、高压管、叶片等产品，必须要测出聚合物复合材料的拉伸性能，才能进行产品设计及检验。 对于不同的聚合物复合材料，拉伸性能试验方法是不同。对于普通的，用国标GB/T1447进行测试；对于缠绕成型的，用国标GB/T1458进行测试；对于定向纤维增强的，用国标GB/T33541进行测试；对于拉挤成型的，用国标GB/T13096-1进行测试。使用最多的是GB/T1447。 国标GB/T1447，对于不同成型工艺复合材料，又规定不同形状的拉伸试样，有带R型、直条型及哑铃型。使用拉伸试验机或万能试验按规定的加载速度对试样施加拉伸载荷直到试样破坏。用破坏载荷除以试样横截面面积则为拉伸强度。从测出的应力----应变曲线的直线段的斜率则为弹性模量，试样横向应变与纵向应变比为泊松比。破坏时的应变称为断裂伸长率。 单位面积上的力，称为应力，通常用MPa（兆帕）表示，1MPa相当于1N/mm2的应力。应变是单位长度的伸长量，是没有量刚（单位）的。 不同的现代复合材料其拉伸性能大不一样，以玻璃纤维增强的玻璃钢为例：1：1玻璃钢，拉伸强度为（200-250）MPa，弹性模量为（10-16）GPa；4：1玻璃钢，拉伸强度为（250-350）MPa，弹性模量为（15-22）GPa；单向纤维的玻璃钢（如缠绕），拉伸强度大于800MPa，弹性模量大于24GPa；SMC材料，拉伸强度为（40-80）MPa，弹性模量为（5-8）GPa；DMC材料，拉伸强度为（20-60）MPa，弹性模量为（4-6）GPa。 1. 2弯曲性能
二聚合物的热物理性能
二聚合物的热物理性能 1玻璃化温度 聚合物的玻璃化温度是指线型非结晶型聚合物由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的较变温度。就是大分子链段本身开始变形的温度当温度高于玻璃化温度时，大分子链开始自由活动，但还不是整个分子链段的运动。这时表现出高弹性的橡胶性能；当低于玻璃化温度时，链段被冻结变成坚硬的固态或玻璃态。橡胶的玻璃化温度低于室温。所以橡胶在常温下处于高弹态。而其它塑料在常温下是处于脆韧性的玻璃态。 高聚物的自由体积理论认为，高聚物分子结构所占有的整个体积分成两部分。一部分是分子链所占有的空间，而另一部分是分子链之间的自由空间。当温度降低时分子链动能减少，自由空间减少，当温度升高时，分子链段动能增加，自由空间也增加：当温度达到玻璃化时，急剧产生内聚力，聚合物膨胀，链段开始旋转，链段拥有的能量足以使链段活动起来所以自由空间的体积突然增加。 高聚物在玻璃化温度以上的总自由体积等于玻璃化温度下的自由体积与热膨胀系数乗\以温升之和。在预塑化时，位于螺槽中的高分子固态物料，在升至玻璃化温度以后，随着温度的升高物料自由体积会增加，其比容也会加大，但由于螺槽容积的限制会使物料产生内压，并有加速固体床的作用。 当高聚物的物理形态发生变化时，许多物理性质如比热容，比容，密度，导热系数，膨胀系数，折光指数，介电常数等都跟着变化，因此利用这些关系可以测定聚合物相变温度和高聚物性质。 对于理解塑料在料筒中加热，塑料化过程中从加料段向压缩段物态转变，温升，温升速率，螺杆转速，背压等工艺因素的影响将起重要作用。这些对于控制制品脱模时的物性状态，顶出温度和顶出时间是重要的。 2 熔化温度（熔点） 熔化温度是指结晶型聚合物从高分子链结构的三维有序态转变为无序的粘流态时的温度。转变点（熔点）对于低分子材料来说，熔化过程是非常窄的，有较明显的熔点；而对于结晶型高聚物来说，从达到玻璃化温度就开始软化，但从高弹态转变为粘流态的液相时却没有明显的熔点，而是有一个向粘流态转变的温度范围。 对高聚物来说，玻璃化温度，熔化温度或温度范围都是变相点。有较明显的变化范围，从分子结构观点看，都是大链段运动的结果。 一般有增塑剂的聚合物熔点要比无增塑剂的要低，共聚物的熔点要比组成共聚物中较高均聚物的熔点要低些。 注塑时，料筒的第三段温度（靠近嘴温的温度）都要设定在熔点以上，然后以降低15~20度的温度梯度依次设定第二段和第一段的料筒温度为宜。 3 分解温度及燃烧特性 热分解温度是指在氧气存在条件下，高聚物受热后开始分解的温度范围。依聚合物化学结构式不同而有显著的差异，此外还与物料的形态有关。在注塑过程中，无论是在预塑阶段还是在注射阶段，只要聚合物局部温度达到分解温度，高分子物料就会讯速生成低分子量的可燃性物质。聚合物的热分解在氧气充足条件下是放热反应，产生的热会继续加热聚合物。当聚合物达到燃点时就会燃烧，燃烧体系的温度是否会上升，产生的燃烧热是否和体系进行对流，都与热分解温度，比热容以及导热系数等物理性能有密切关系。 注塑时，对聚合物分解温度的控制是十分重要的，否则分解出燃烧物质不仅会影响制品质量，还会腐蚀设备，危害人体。 三聚合物降解及热稳定性 所谓降解，是指递解分解作用，在高分子化学中，通常是指在化学或物理作用下，聚合物分子的聚合度降低过程，聚合物在热，力，氧气，水及光辐射等作用下往往发生降解。降解过程实质量大分子链发生结构变化。如发生弹性消失，强度降低，粘度减少或增加等现象。在注塑中力，水，氧通过温度对聚降解起重要影响，在高温时氧和水更能使聚合物分解。剪切力的作用会因高温时聚合物粘度的降低而减小。热降解是指某些聚合物在高温下时间过长，发黄变色，降解，分解等现象。 聚合物是否容易发生降解，依其分子内部和分子外部结构有关；是否有分解的杂质有关；能引起高聚物降解的杂质，一般都是热降解的崔化剂，如：PVC 分解的产物是氯化氢，POM分解产物是甲醛，它们有着加剧高聚物降解的作用。 所谓热稳定性是指聚合物在高温下分子链抗化学分解能力及耐化学变化的温度热降解温度称为稳定性温度略高于分解温度。对于某些热稳定较差的聚合物，其温度范围只有5~15度。 温度的高低和变化范围对聚合物的降解有影响外，还有在温度场中所经历的反复加工次数有关。不同的聚合物在反复加工后热降解和融熔指数有着较大的差异。在正常温度下PS, PC, PP,经数次加工后融熔指数升高的倾向。而PE，抗冲击PS醋酸纤维素等有下降的现象。聚合物在剪切应力作用下缠结着的大分子在外力作用下，沿力的方向上发生流动，分子链之间发生解脱，当解脱发生障碍时，分子链将受到很大的牵引力，当超过链的强度就发生链断裂。