界面极化是产生在非均相介质界面处的极化,是由于界面两边的组分可能具有不同的极性或电导率,在外电场的作用下,电介质中的电子或离子在界面处聚集所引起的。共混、填充高聚物体系以及泡沫高聚物体系有时会发生界面极化。对均质高聚物,在其内部的杂质、缺陷或晶区、非晶区界面上,都有可能产生界面极化。
界面极化是产生在非均相介质界面处的极化,是由于界面两边的组分可能具有不同的极性或电导率,在外电场的作用下,电介质中的电子或离子在界面处聚集所引起的。共混、填充高聚物体系以及泡沫高聚物体系有时会发生界面极化。对均质高聚物,在其内部的杂质、缺陷或晶区、非晶区界面上,都有可能产生界面极化。
其基本电磁性能是在电场作用下能被极化的一种物质。M.法拉第(MichaelFaraday)最早给出电介质的定义是“被电力线所横贯地作用着的那种物质”,也就是说,电介质内部可具有较强稳态的电场强度。电工中一般认为电阻率超过10Ω·m的物质便归于电介质。电介质分布极广,可以是气体(如空气、氢、六氟化硫等)、液体(如矿物绝缘油、合成绝缘油、纯水等)或固体(如玻璃、陶瓷、云母、橡胶、塑料等)。无论哪一种电介质,都是由分子(原子或离子)组成,而它们又都是由带正电的原子核和围绕核的电子云所组成。根据分子中电荷分布的特性,电介质可以分为三类:非极性电介质、极性电介质和离子型电介质。
如果电介质由不均匀的材料组成,在外电场作用下,介质中自由载流子(电子或正负离子)在宏观移动过程中,可能被介质中的陷阱或在界面上被俘获,因而在界面的区域有空间电荷积聚;于是,在这些电荷分布不均匀区域形成电偶极矩,称为界面极化或空间电荷极化。图1为双层电容器的弛豫谱。
界面极化最简单的模型是Maxwell-Wagner双层介质电容器,它由两平行薄层的介质组成,两层的介电常数、电导率和厚度分别为(ε1、σ1、d1)和(ε2、σ2、d2),当在两极间加上阶跃电场,则全电流密度为:
其中第一项为传导电流密度,而第二项为吸收电流密度,它反映了界面极化建立的弛豫过程,其中τ称为弛豫时间,如果外加交变电场E=E0e,则当电场频率逐渐增加到1/τ附近时,双层电容器将呈现色散与吸收的特征,可以求得介电常数的两分量为:
上列方程组与Debye方程相似,但附加了电导项σ/ω,其中σ为双层介质的电导率:
因为σ/ω随ω增加而下降,故ε"与Debye偶极子弛豫规律不同,定义界面极化率as:
其中N是单位体积分子数,如果改变介质2的几何形状,变成球形、椭球形或圆柱形微粒埋嵌在介质1中,构成弥散系的复合介质,则微粒的极化将与其形状及其相对于外电场的取向有关。如果微粒由几种不同的介质组成,每一种介质有其自己的弛豫时间,则总的体系的吸收曲线将变宽。