Al_2O_3/LDPE复合材料导热对电气性能影响研究

利用熔融共混和多层热压的方法制备了7种具有三明治结构的氧化铝/低密度聚乙烯(Al_2O_3/LDPE)纳米复合材料。通过扫描电镜对材料的断面进行分析,得到最佳的热压参数。利用激光闪射扩散热分析仪测试了复合材料的热导率,并通过电流测试平台研究了复合材料在不同温度(30℃、50℃)30 k V/mm电场下的电导变化趋势。结果表明:三明治结构1%Al_2O_3-LDPE/0.5%Al_2O_3-LDPE/1%Al_2O_3-LDPE复合材料的热导率最高,达到0.4 W/(m·K)。当温度升高时,材料的电导率变化不同,热导率高的材料电导率变化相对较小。     

热老化下TiO2/LDPE纳米复合材料内空间电荷特性的研究

采用电声脉冲法和差示扫描量热法测试热老化前后纯低密度聚乙烯(LDPE)和TiO_2/LDPE复合材料样品的空间电荷分布情况及结晶特性,着重分析热老化后TiO_2/LDPE复合材料的空间电荷行为,结合相关理论模型以及电荷体密度、材料结晶度等计算结果,探究热老化及纳米粒子对LDPE绝缘材料内空间电荷特性的影响规律和内在机理。结果表明:纳米TiO_2的表面效应及界面结构提高了LDPE基体的结晶度并减少了空间电荷的来源,从而抑制了热老化前后材料内空间电荷的积聚行为,而TiO_2/LDPE复合材料的抗热老化能力主要与其结晶度的变化有关。虽然热老化能直接影响LDPE的空间电荷特性,但是纳米粒子不仅能减少空间电荷的积聚,还能延缓热老化进程,因此在热老化条件下TiO_2/LDPE复合材料仍具备抑制空间电荷的能力。     

聚酰亚胺/氧化铝纳米复合材料的热刺激电流研究

采用热刺激电流（TSC）对自制的4种不同纳米Al2O3含量的聚酰亚胺（PI）薄膜进行测试,发现复合材料的热刺激电流峰值随着纳米Al2O3填充量的增加而降低,当纳米Al2O3的填充量大于10%后,热刺激电流峰的峰值随着温度升高持续一段时间后才出现下降趋势。对4种薄膜的TSC高温峰分别进行计算,得出薄膜中陷阱电荷的数量。并结合纳米复合材料的多核模型和陷阱理论,得出该现象的出现是由于PI/Al2O3纳米复合薄膜中界面结构影响了载流子输运过程造成的。     

拉伸状态下掺杂SiO2对LDPE材料空间电荷的抑制作用研究

将不同质量分数的SiO_2纳米粒子与低密度聚乙烯(LDPE)复合制备了聚乙烯纳米复合材料,并以纯LDPE作为对照样品,控制拉伸率为10%,利用电声脉冲法(PEA)测量样品内部空间电荷的分布,研究拉伸状态下复合材料内部的空间电荷积聚特性。结果表明:纯LDPE样品在拉伸后空间电荷积聚明显减少,说明拉伸具有抑制LDPE材料内部空间电荷积聚的作用;LDPE/SiO_2复合材料样品在掺杂SiO_2纳米粒子及拉伸后,材料内部空间电荷积聚均有减少,说明掺杂SiO_2纳米粒子和拉伸均有抑制材料内部空间电荷积聚的作用,其中SiO_2纳米粒子对空间电荷的抑制效果随着掺杂量的增加呈现先增大后减小的趋势。掺杂SiO_2纳米粒子引入界面区域是抑制空间电荷积聚的主要原因,而拉伸导致的内部结构变化是影响空间电荷和陷阱分布特性的主要原因。     

制备工艺对SiO_2/LDPE纳米复合材料空间电荷特性和直流击穿强度的影响

采用平行双螺杆挤出机和转矩流变仪制备了Si O2/LDPE纳米复合材料,研究了两种工艺对纳米粒子分散情况和介电性能的影响。利用电声脉冲法(PEA)比较LDPE和Si O2/LDPE纳米复合材料的空间电荷抑制能力,并测量了其室温下的直流击穿特性。结果表明:Si O2/LDPE比LDPE具有更高的空间电荷抑制能力,且两种工艺制备的Si O2/LDPE直流击穿强度分别提高了21.8%和3%。扫描电镜(SEM)分析表明,平行双螺杆制备的Si O2/LDPE纳米复合材料中的纳米粒子分散性更好,其空间电荷的抑制能力更高,直流击穿强度比转矩流变仪制备的材料高18.22%。平行双螺杆比转矩流变仪具有较高的剪切力,可提高纳米粒子在聚合物中分散性,进一步提高了Si O2/LDPE纳米复合材料的介电性能。     

PS/LDPE纳米复合材料介电性能研究

将一种高聚物纳米颗粒-聚苯乙烯(PS)纳米球加入到低密度聚乙烯(LDPE)中,通过熔融共混法制备了PS质量分数为2%的PS/LDPE纳米复合电介质,利用电声脉冲(PEA)法对40 k V/mm电场强度作用下试样内的空间电荷分布进行测试分析,并进行热刺激电流及电导测试。结果表明:PS/LDPE纳米复合材料内部的空间电荷量明显低于纯LDPE;PS/LDPE纳米复合材料在常温下的直流电导率也较纯LDPE小;热刺激电流(TSC)图谱显示PS纳米球的添加改变了材料的陷阱深度和密度,这有可能是抑制LDPE空间电荷累积和直流电导特性发生改变的原因。     

聚酰亚胺/纳米Al2O3复合薄膜的介电性能

为了提高聚酰亚胺(PI)的耐电晕性能,采用原位分散聚合法制备了聚酰亚胺/纳米Al2O3复合材料,并采用透射电子显微镜(TEM)对纳米Al2O3的分散状态进行了表征。研究了纳米Al2O3填加量对该复合材料耐电晕性能和其它介电性能的影响,结果表明,随着纳米Al2O3含量的增加,材料的耐电晕性能显著增强,在±910V(双极性)、15kHz条件下,纳米Al2O3质量分数为20%的PI薄膜的耐电晕寿命达到极大值,为纯PI薄膜寿命的25倍,聚酰亚胺/纳米Al2O3复合材料的体积电阻率和击穿场强没有明显的劣化,而相对介电常数和损耗角正切有所增加。     

固–气界面电荷消散特性及其动力学过程

直流电场下气体绝缘设备中固体绝缘介质表面电荷的积聚会导致固–气界面的局部电场畸变,从而降低系统的绝缘水平。研究固–气界面电荷的消散特性可为高压直流气体绝缘装置的研发提供重要的理论基础。利用针–板电极向绝缘材料表面注入电荷,在不同条件下进行固–气界面电荷消散实验。采用静电探头法测量试样表面的电位分布,并通过反演计算得到电荷密度分布。结果表明:处在气体氛围中的环氧树脂材料,其表面电荷主要是通过与气体中离子中和消散,消散过程与气体中电场的分布有关。处在开放空间中的试样,表面电荷密度越大的地方电场越集中,因而迁移至此的异号带电粒子更多,表面电荷消散也更快,最后在试样表面会逐渐形成"火山口"形的电荷分布。基于固–气界面电荷消散的三种途径,构建了固–气界面电荷消散的动力学模型,分别考察了通过体电导消散、面电导消散,以及与气体中离子中和消散3种不同消散机理主导下的固–气界面电荷消散特性。研究发现,对于体积电导率小于10?15S/m的材料,表面电荷主要通过与气体中离子中和消散;对于体积电导率大于10?14S/m的材料,表面电荷主要通过体电导消散,各处消散速率基本一致;未经特殊处理的绝缘材料,表面电导率较小,对表面电荷消散的作用有限。     

低密度聚乙烯纳米复合材料中空间电荷积聚对试样厚度的依赖性

低密度聚乙烯(LDPE)纳米复合材料的厚度从μm级到cm级不等,差异极大。为此,研究了LDPE纳米复合材料中空间电荷的积聚对其厚度的依赖性。基于已有的LDPE纳米复合材料,采用电声脉冲(PEA)法测量了不同厚度的无掺杂LDPE及掺杂有纳米填料的LDPE纳米复合材料在50kV/mm电场强度下的电荷积聚特性。发现无掺杂LDPE中电荷积聚不随试样厚度发生明显变化;而LDPE纳米复合材料中电荷积聚对试样厚度有明显的依赖性:试样厚度越厚,异极性电荷的抑制效果越好。根据以上实验现象,以双极子模型为基础、结合陷阱势能理论进行仿真,探讨了无掺杂LDPE中异极性电荷的形成机理,指出纳米填料不仅作为陷阱中心而且作为复合中心直接影响着试样中空间电荷的积聚特性,2种材料不同的厚度依赖性是由于复合作用的强度不同而造成的。     

MgO/LDPE纳米复合材料制备及其空间电荷特性

为了降低低密度聚乙烯中的空间电荷积累,在自制纳米MgO粉体的基础上,采用熔融共混法,制备了氧化镁/低密度聚乙烯(MgO/LDPE)纳米复合材料,并通过扫描电镜(SEM)观察了MgO/LDPE纳米复合材料中的MgO粒径大小和分散情况,采用差热扫描量热法(DSC)确定了不同MgO质量分数纳米复合材料的结晶度,采用电声脉冲法(PEA)测量了不同MgO质量分数纳米复合材料的空间电荷分布,测量了不同MgO质量分数纳米复合材料的拉伸性能。试验结果表明,MgO/LDPE纳米复合材料体系中,MgO粒径约为50nm,且分散均匀;不同MgO质量分数纳米复合材料的弹性模量和抗张强度均高于纯LDPE的,且MgO质量分数为2%时达到最大值;不同MgO质量分数纳米复合材料的结晶度均高于纯LDPE的;纳米MgO能抑制空间电荷的注入和其在材料体内的迁移,质量分数为3%时,MgO/LDPE纳米复合材料中的空间电荷得到了良好的抑制。     

纳米Al2O3填充PVDF-HFP电解质的Li+离子输运特性

采用纳米Al2O3填充PVDF-HFP共聚物的方法,通过液-液萃取法制备了聚合物多孔膜。运用电化学方法测试了Al2O3含量对PVDF-HFP电解质膜的离子电导率、Li 离子迁移数、Li 离子输运活化能的影响。并通过分析填充纳米Al2O3的PVDF-HFP膜的FT-IR光谱图,从微观上说明了Al2O3与聚合物电解质膜中的PVDF-HFP基体存在相互作用。     

稳恒磁场处理对聚乙烯/炭系填料复合材料电导特性的影响

在聚乙烯(PE)、低密度聚乙烯(LDPE)/炭黑、LDPE/石墨、LDPE/碳纳米管的热压成型过程中施加稳恒磁场,研究了磁场处理对聚乙烯/炭系填料复合材料电导特性的影响。研究结果表明:磁场处理能导致聚乙烯的结晶度提高,聚乙烯和LDPE/炭黑复合材料的体积电阻率增加;磁场在石墨片层内和碳纳米管中"诱导"形成感应磁矩,使得石墨片层和碳纳米管分别沿垂直于磁场方向和平行于磁场方向在LDPE中取向,从而导致LDPE/石墨复合材料沿平行于磁场方向的电导率减小,而LDPE/碳纳米管复合材料沿平行于磁场方向的电导率增加。     

乙烯咔唑接枝低密度聚乙烯的电性能研究

采用流变仪混炼器通过熔融法制备了乙烯咔唑(VK)接枝低密度聚乙烯,研究了VK含量对咔唑接枝低密度聚乙烯(VK-g-LDPE)复合材料的击穿场强、空间电荷、体积电阻率等电性能的影响。结果表明:随着VK含量的增加,VK-g-LDPE对内部空间电荷的抑制作用先增强后减弱,复合材料的击穿场强和体积电阻率呈先升高后降低的趋势。当VK含量为13.0%时,复合材料的击穿场强比纯LDPE提高了67.73%,空间电荷量比纯LDPE降低了95.9%,体积电阻率为纯LDPE的2.59倍。     

Y2O3/La2O3/Al2O3/Cu复合材料的制备与性能

采用含氧氮气(N2/O2)雾化喷射沉积技术制备Y-La-Al-Cu系多元系合金,通过化学反应原位生成(内氧化法)Y2O3/La2O3/Al2O3/Cu多相氧化物颗粒增强铜基复合材料,并对材料的显微组织、力学物理性能和电学性能进行研究.结果表明,通过喷射沉积技术并结合内氧化工艺,可制得具有较好微观组织、形成的增强相弥散分布于基体、组织致密的Y2O3/La2O3/Al2O3/Cu多相氧化颗粒增强铜基复合材料;随着冷加工变形量的增加,Y2O3/La2O3/Al2O3/Cu多相氧化颗粒增强铜基复合材料的抗拉强度和硬度提高,而材料的延伸率与导电率逐渐降低     

环氧树脂/氧化铝导热复合材料的结构设计和制备

采用浇注成型制备环氧树脂/氧化铝(EP/Al2O3)导热复合材料。研究了Al2O3用量和偶联剂处理对复合材料导热性能和力学性能影响。结果表明,复合材料的导热系数随Al2O3用量的增加而增加,当Al2O3质量分数为50%时,复合材料的导热系数达到0.68 W/(m.K);弯曲强度和冲击强度则随Al2O3用量的增加先增加后降低,当Al2O3质量分数为5%时,复合材料力学性能达到最佳,表面改性使复合材料导热性能和力学性能得到进一步提高。复合材料导热率的实验结果与Maxwell_Eucken模型较吻合,但Maxwell_Eucken模型只适用于低填充情况。     

聚酰亚胺纳米复合薄膜耐电晕机理研究

聚酰亚胺(Polyimide,PI)因其具有良好的热稳定性和优异的耐电晕特性广泛应用于变频电机中,添加纳米粒子可以有效提高PI薄膜的绝缘性能。为了系统的研究PI纳米复合薄膜的耐电晕机理,利用原位聚合法制备了纯PI膜和纳米Al2O3掺杂的PI膜,测试两种薄膜的表面电导率、体积电导率、热失重(TGA)以及高频方波脉冲下的耐电晕时间,并用SEM观测两种薄膜击穿后的表面形貌。结果表明:添加纳米粒子使PI薄膜的电导率、热分解温度和耐电晕时间增加;电晕放电的侵蚀使得两种薄膜表面都出现微孔和沟壑,PI/Al2O3薄膜表面析出纳米粒子;在电晕侵蚀过程中,纳米PI薄膜强的表面电荷扩散能力和高的热稳定性,加上析出的纳米粒子对电子和光子的屏蔽阻挡作用,是PI薄膜耐电晕性能增强的主要原因。     

基于等温表面电位衰减法的氧化石墨烯/低密度聚乙烯纳米复合材料陷阱分布特性

聚合物绝缘材料中空间电荷的注入、输运、积聚和消散过程与材料的陷阱特性密切相关。为研究氧化石墨烯(GO)添加对聚乙烯材料陷阱特性的影响,制备了GO质量分数分别为0.001%、0.005%、0.01%、0.02%、0.05%的氧化石墨烯/低密度聚乙烯(LDPE)纳米复合材料,基于等温表面电位衰减(ISPD)法研究了30℃、50℃和70℃下GO/LDPE纳米复合材料的陷阱分布特性。研究发现:GO/LDPE试样均存在2个陷阱能级中心,随GO质量分数从0增加至0.05%,试样陷阱能级呈现先增大后减小的趋势;当GO质量分数为0.01%时,复合材料的深陷阱能级和密度最大;随着温度的升高,复合材料深陷阱中心所捕获的电荷更易发生脱陷过程,从而导致复合材料视在深陷阱能级增大。分析认为,质量分数为0.01%的GO纳米添加可以增大复合材料深陷阱密度,降低载流子迁移率,从而有效抑制电荷向试样内部的迁移过程。     

Y2O3/La2O3/Al2O3/Cu复合材料的制备与性能

采用含氧氮气(N2/O2)雾化喷射沉积技术制备Y-La-Al-Cu系多元系合金,通过化学反应原位生成(内氧化法)Y2O3/La2O3/Al2O3/Cu多相氧化物颗粒增强铜基复合材料,并对材料的显微组织、力学物理性能和电学性能进行研究。结果表明,通过喷射沉积技术并结合内氧化工艺,可制得具有较好微观组织、形成的增强相弥散分布于基体、组织致密的Y2O3/La2O3/Al2O3/Cu多相氧化颗粒增强铜基复合材料;随着冷加工变形量的增加,Y2O3/La2O3/Al2O3/Cu多相氧化颗粒增强铜基复合材料的抗拉强度和硬度提高,而材料的延伸率与导电率逐渐降低。     

层状LiCo_(1/3)Mn_(1/3)Ni_(1/3)O_2正极材料的Al掺杂改性

通过共沉淀法制备了掺杂不同Al含量的LiMn1/3Ni1/3Co1/3-xAlxO2的锂离子电池掺杂性层状样品。对制得的样品进行充放电测试、循环性能测试、容量保持测试和循环伏安测试,对各样品的性能曲线进行分析后得到LiMn1/3Ni1/3-Co1/3-xAlxO2的最佳Al含量为1/24,有较良好的电化学可逆性和放电比容量。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析最佳掺杂比例LiMn1/3Ni1/3Co7/24Al1/24O2的样品与没有掺杂的空白样品LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2之间的结构差异,表面掺杂后LiMn1/3Ni1/3Co7/24Al1/24O2的颗粒更细、分布更均匀,还能有效抑制材料的阳离子混排,提高了晶体结构的有序化程度,并抑制了充放电过程中层状结构的坍塌,避免Li+通道被堵塞而影响材料的循环性能,使其具有更好的六方层状结构。进行0.5 C下的循环充放电测试,结果表明在450次循环后LiMn1/3Ni1/3Co7/24Al1/24O2的容量保持率相比未掺杂的LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2,从71.16%提高到了87.43%,从而证明LiMn1/3Ni1/3Co7/24Al1/24O2有更好的循环性能。     

环氧树脂/Al2O3纳米复合材料直流电树枝及局部放电特性研究

为了研究纳米Al2O3对环氧树脂直流电树枝的影响,制备了环氧树脂及环氧树脂/Al2O3纳米复合材料,采用针-板电极对试样进行电树枝试验及局部放电检测,分析了直流电树枝的起树、生长及老化对应的局部放电情况.结果表明:添加纳米Al2O3颗粒能够降低环氧树脂中直流电树枝的起树概率和生长速度,当Al2O3的质量分数小于3.0％时,其含量越高,抑制电树枝的能力越强.此外,电压上升速度越快,环氧树脂直流电树枝的引发概率越高.试样中的电树在加压时间约为1800 s时会出现滞长现象,且电树枝均为枝状电树.局部放电是环氧树脂直流电树枝老化的一个重要原因,局部放电脉冲簇主要出现在每个周期电压上升和下降的阶段,推测原因是在这两个阶段电树枝快速生长.通过对比纯环氧树脂和Al2O3质量分数为1.0％的环氧复合材料试样的局部放电测试结果,发现纳米Al2O3能够抑制电树枝发展过程中的局部放电,导致放电脉冲幅值降低并且出现更多局部放电稀疏的区域,说明纳米颗粒可以通过抑制局部放电来抑制电树枝的发展.