纳米MgO/环氧树脂复合电介质的介电性能研究

将纳米Mg O颗粒与环氧树脂混合后制得不同掺杂量的纳米Mg O/EP复合电介质,采用SEM观察纳米Mg O在环氧树脂中的分散情况,采用DSC测试环氧复合电介质的玻璃化转变温度,并研究了纳米Mg O对环氧树脂介电性能的影响。结果表明:纳米Mg O颗粒在环氧基体中分散均匀,掺杂Mg O可以提高环氧树脂的玻璃化转变温度。随着纳米Mg O掺杂量的增加,介电常数先下降后上升,在掺杂量为1%时介电常数实部达到最小值,掺杂纳米Mg O使环氧树脂的中低频损耗明显降低;复合电介质的电导活化能和体积电阻率均随着纳米掺杂量的增加呈先上升后下降的趋势,在掺杂量为0.1%时电导活化能和体积电阻率达到最大;复合电介质的电气强度随着掺杂量的增加呈先上升后下降的趋势,当掺杂量为1%时电气强度达到最大值,相比纯环氧树脂提高了11.2%。     

绝缘支撑用环氧树脂复合材料的空间电荷特性研究

为探究特高压电力设备中绝缘支撑用环氧基材料的空间电荷特性差异的内在机理，以环氧树脂和微米氧化铝/环氧复合材料为对象，研究了不同电、热环境下材料的空间电荷动态特性，并讨论其陷阱分布特性。结果表明：环氧树脂及其复合材料的空间电荷分布均表现出明显的温度特性与场强特性，在高温高场下电荷更易于从电极处注入并在试样内迁移，入陷电荷数量增加。高温下氧化铝填料的高导热性使得电荷消散较快，氧化铝/环氧复合材料的电荷积聚现象有所改善。在高场条件下，氧化铝/环氧复合材料比环氧树脂更容易积聚同极性电荷，氧化铝材料的陷阱密度较小，使得同等条件下试样内部产生更大程度的电荷积累与场强畸变。     

基于空间电荷的纳米MgO/LDPE中电荷输运的计算方法研究

为定量分析研究纳米氧化镁(MgO)/低密度聚乙烯(LDPE)复合介质的空间电荷行为,将粒径20 nm的纳米MgO颗粒以不同浓度填充到LDPE,并对纳米复合介质的空间电荷分布进行了实验研究。通过空间电荷实验的结果,对其进行多种方法的计算分析,计算分析结果表明:1)浓度为0.5wt%和2wt%的积累空间电荷的平均体电荷密度最大,而浓度1wt%的纳米MgO/LDPE的平均体电荷密度最小;2)浓度为2wt%的纳米MgO/LDPE的视在迁移率和体电荷密度衰减速率最高,其次是浓度为0.5wt%的,最低的是浓度为1wt%的纳米复合介质;3)浓度为1wt%的纳米MgO/LDPE的陷阱深度最大,其次是浓度为0.5wt%的,而陷阱深度最小的是浓度为2wt%的纳米Mg O/LDPE;4)浓度为2wt%的纳米MgO/LDPE试样中的场强畸变最大,其次是浓度为1wt%的,而场强发生畸变幅度最小的是浓度为0.5wt%的纳米MgO/LDPE。     

添加二氧化硅纳米颗粒对环氧树脂介电和空间电荷特性的影响

为研究纳米颗粒对环氧树脂(epoxy resin,ER)介电和空间电荷特性的影响,以环氧树脂为基体材料,纳米二氧化硅(silicon dioxide,SiO_2)为填料,制备了SiO_2纳米颗粒质量分数在0～5%范围内的ER/SiO_2纳米复合电介质。测试和研究了复合电介质在不同频率下的介电特性和直流场强为33 k V/mm下的空间电荷行为。当SiO_2纳米颗粒的质量分数为0.5%和1%时,复合电介质可以获得较低的介电常数和介质损耗,同时有效抑制了同极性空间电荷在电极界面处的积累及注入;当SiO_2纳米颗粒的质量分数为2.5%和5%时,复合电介质在低频区域介电常数和介质损耗均比纯环氧树脂高,但在高频区域变化不明显,同时在电极界面处的空间电荷积累显著增加、注入明显。研究结果表明:纳米颗粒含量较低时ER/SiO_2复合电介质介电和空间电荷性能得到提高,是由于受到环氧树脂基体和纳米粒子之间的界面区影响,界面区是改善环氧树脂纳米复合材料电性能的关键因素。     

纳米SiO2添加对乙丙橡胶相对介电常数和电导特性的影响

为了明确纳米SiO2添加对乙丙橡胶绝缘相对介电常数和电导特性的影响,使用熔融共混法制备了含不同质量分数纳米SiO2的乙丙橡胶复合电介质,分析了纳米颗粒在乙丙橡胶基体中的分散特性,以及纳米颗粒与乙丙橡胶基体的键合性质,测量了乙丙橡胶纳米复合电介质的相对介电常数以及不同温度和电场下的稳态电流,分析试样的电导特性.结果表明:当纳米SiO2质量分数为0.5％时,在乙丙橡胶中的分散性最好,低浓度掺杂形成的位阻作用,降低了乙丙橡胶分子链段及其侧基链段的活动能力,纳米复合电介质中的界面效应明显,介电常数、电导率降低,空间电荷注入的阈值场强提高,绝缘性能得到明显提升.随着质量分数提高,纳米颗粒与乙丙橡胶基体之间的界面效应减弱;当纳米SiO2质量分数为2.5％、5.0％时,掺杂形成的团聚使纳米复合电介质的介电常数增大,电导率提高,空间电荷注入的阈值场强降低.纳米SiO2添加带来的界面效应是影响乙丙橡胶纳米复合电介质性能的关键因素.     

环氧/POSS复合电介质介电与热学性能

研究缩水甘油基-笼型聚倍半硅氧烷(G-POSS)对环氧树脂(EP)介电性能与热学性能的影响和作用机理.实验制备G-POSS质量分数在0％、0.5％、1％、2％、3％和5％的环氧/POSS复合电介质试样.测试和研究G-POSS质量分数对环氧/POSS复合电介质相对介电常数、交流击穿场强、玻璃化转变温度等的影响.当G-PO...     

热老化下双层聚酯薄膜空间电荷特性的试验与数值仿真研究

双层电介质广泛应用于高压电气设备绝缘系统中，由此引入的空间电荷积聚和局部电场畸变问题已得到普遍关注。为揭示界面空间电荷特性及其影响影响因素，文中以热老化处理（130℃）的双层聚酯薄膜（PET）为研究对象，采用电声脉冲法（PEA）测量技术对不同热老化程度双层介质的空间电荷特性进行研究，基于测试结果从3个方面对双层介质表面态特性进行表征，建立改进的双极性电荷输运模型（BCT），模拟空间电荷的动态演变过程，揭示了表面态对电荷特性的影响规律。试验结果表明：随着老化时间增加，界面电荷密度先增加后减小，界面区域以电子性陷阱为主，但该区域电子和空穴陷阱呈现非对称特性。仿真结果表明：表面态对界面电荷行为有重要影响，介质表面陷阱深度、密度及其分布范围的增加导致界面电荷的积聚更加严重。     

环氧及其复合物的空间电荷研究进展

空间电荷在电介质内部的积聚会导致其内部电场的畸变,从而明显的影响绝缘电介质其他方面的电性能,如电导、老化和击穿特性等。环氧树脂由于具备优异的机械性能、热性能和介电性能,所以在电气绝缘领域被广泛使用,其空间电荷的研究,也是近几十年来国际研究的一个热点。文中综述了环氧及其复合物中空间电荷的研究概况。从固化剂类型、电场强度、电极材料、温度、湿度、掺杂粒子等方面论述了这些因素对环氧中空间电荷的影响,并探讨了这些因素影响空间电荷的原因和影响的强弱。     

介质击穿与界面区陷阱特性的关联

为了研究介质击穿与陷阱特性的关联,分别制备掺杂1%质量分数的聚丙烯/氮化铝和聚丙烯/氧化铝纳米复合电介质,测试了试样的热刺激电流、介电频谱、电阻率和直流击穿特性。实验结果表明：纳米复合电介质的深陷阱密度、体积电阻率和直流击穿强度均高于纯聚丙烯试样。分析发现纳米复合电介质的电阻率和击穿场强与深陷阱密度呈正相关性,深陷阱密度增加,其电阻率和击穿场强增加。基于电荷输运模型和交互区势垒模型,解释了直流击穿机理：介质体内深陷阱密度的增多来源于纳米掺杂形成的界面区;深陷阱密度的增加增强了捕获效应,限制了载流子迁移,导致载流子平均自由程、载流子迁移率和能量减小,使得电导率降低;高场强时,捕获效应增强抑制了介质体内载流子倍增过程,导致碰撞电离不易发生,直流击穿场强增加。     

CB/LDPE纳米复合材料的空间电荷抑制特性

采用熔融共混法制备了纯低密度聚乙烯(LDPE)试样和纳米炭黑(CB)颗粒质量分数分别为0.01%、0.03%、0.05%、0.07%的CB/LDPE复合试样。采用扫描电子显微镜观察纳米CB颗粒在LDPE基体中的分散性,并利用电声脉冲法(PEA)测试各试样在常温和-40 kV/mm条件下的空间电荷积聚特性和陷阱特性,讨论纳米CB颗粒提升LDPE基体空间电荷抑制特性的机制。结果表明:相较于纯LDPE试样,CB/LDPE复合试样的空间电荷积聚特性得到了显著改善,其中CB质量分数为0.03%的CB/LDPE复合试样具有最佳的空间电荷抑制效果。纳米CB颗粒提高了复合试样内部的深陷阱密度,这是提高复合试样空间电荷抑制能力的关键。     

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。     

环氧树脂/富勒烯纳米复合材料空间电荷注入特性

高温与强电场作用下环氧树脂绝缘空间电荷注入诱发电场畸变,加剧绝缘劣化甚至引起击穿放电故障,严重威胁电力、电子设备安全稳定运行。纳米掺杂在提升环氧树脂复合材料介电性能方面表现优异,但高温与强电场下纳米复合材料的空间电荷注入抑制效果及机理仍有待进一步证实与分析。该文制备了不同含量富勒烯(C₆₀)掺杂的环氧树脂纳米复合材料,采用改进的电声脉冲法研究其在高温(80℃、150℃)和强电场(100、150k V/mm)条件下空间电荷注入与积聚特性。结果表明,C₆₀的引入对高温、强电场下环氧树脂绝缘电荷注入和积累有明显的抑制作用。基于密度泛函理论计算分析环氧树脂和富勒烯的分子轨道能级和3D电势分布规律,发现C₆₀量子点能够调控EP/C₆₀纳米复合材料电荷输运行为,抑制载流子的注入,减少空间电荷的积累。上述试验和仿真结果证明,掺杂C₆₀可以有效改善环氧树脂绝缘高温和强电场下空间电荷注入特性。     

聚丙烯纳米复合电介质的陷阱分布特性与储能性能提升研究

为探究纳米复合电介质的陷阱分布特性及其对储能性能的提升机理,本文制备三种聚丙烯纳米复合电介质,并测试其理化、介电及储能特性。测试结果表明,掺杂氮化硼纳米片的试样具有更高的熔融温度、结晶度、极化强度、电阻率、击穿强度及储能密度。分析发现,聚丙烯纳米复合电介质电导率的电场依赖性符合指数陷阱下的跳跃电导模型,其温度依赖性满足Meyer-Neldel补偿规则,这表明纳米复合电介质中的指数型分布陷阱与基体的机理相同。同时,拟合结果表明纳米掺杂主要改变最深陷阱能级,其与结晶度成正比,并基于缨状微束模型解释了陷阱能级增大和储能密度提升的机理。纳米粒子引入的有序紧密的界面区会束缚分子运动,进而阻碍电荷输运和能量积累,表现为电导率下降和击穿强度提高,最终实现储能性能的提升。     

纳米TiO2-MWCNTs掺杂提升环氧绝缘材料真空直流沿面闪络性能

选用两种纳米填料:纳米氧化钛(TiO2)和多壁羟基碳纳米管(MWCNTS),向环氧树脂中单独或同时加入两种粒子,制备16种不同的环氧纳米复合电介质.通过体积电阻率测试、表面电位衰减试验与真空直流沿面闪络试验,探究纳米粒子对环氧纳米复合电介质沿面闪络特性的影响.结果表明:环氧纳米复合电介质的沿面闪络电压与填料的质量分数有关,适量的纳米填料会提升复合电介质的沿面闪络电压.单独加入纳米TiO2与MWCNTS分别将闪络电压提升了14.49％和23.11％,同时加入两种填料可进一步将闪络电压提升至44.99 kV,提升幅度高达36.06％.通过表面电位衰减曲线计算了材料的表面陷阱特性.分析深陷阱与沿面闪络电压的关系发现,闪络电压与深陷阱能级线性相关,陷阱能级越深,闪络电压越高.同时添加两种纳米粒子可以提高材料的深陷阱深度,从而抑制材料表面电子发射和电荷输运过程,提高沿面闪络电压.     

纳米SiO_2掺杂对高交联度环氧树脂热力学性能影响的分子动力学模拟

为从微观角度分析纳米SiO_2掺杂对环氧复合材料性能的影响,以双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)、甲基四氢苯二甲酸酐(MTHPA)分别作为环氧树脂基体和固化剂,基于分子动力学(molecular dynamics,MD)的方法建立了高交联度90%的纯环氧树脂和粒径为1.5 nm、2.0 nm的SiO_2/EP复合模型,分析纳米SiO_2掺杂对环氧复合材料的微观结构影响及热力学性能的提升效果,并且对比纳米SiO_2粒径大小对材料性能提升的影响。研究发现,纳米SiO_2的掺杂能提高环氧复合材料的热力学性能,粒径1.5nm的纳米SiO_2对环氧复合材料的提升效果更加显著。其中,掺杂粒径1.5 nm的纳米SiO_2对环氧复合材料玻璃化转变温度的提升幅度为29.78 K,杨氏模量提高16.83%,剪切模量提高6.02%,体积模量提高4.20%。同时,纳米SiO_2的掺杂改变了环氧复合材料的微观结构参数,内聚能密度有明显的提高,自由体积占比和均方位移均有不同程度的降低,粒径为1.5nm的纳米SiO_2对材料的微观结构影响更明显;但纳米SiO_2的掺杂并未明显改变复合材料的全原子的径向分布函数。     

环氧树脂纳米复合电介质制备方法及其绝缘性能的研究进展

环氧树脂或树脂浸渍纤维板是电力设备中重要的绝缘材料,过去通过掺杂微米级的无机氧化物填料以提高材料的机械性能。近年,开始使用纳米颗粒掺杂环氧树脂,对于提高材料的绝缘性能,特别是对提高击穿场强、耐电晕性、耐电痕化、导热性、耐低温性、耐辐射性和耐候性等方面具有重要意义。文中以纳米复合电介质的绝缘性能为出发点,概述了纳米复合电介质的常用制备方法,给出了环氧树脂纳米复合电介质的制备流程,总结分析了环氧树脂纳米复合电介质的介电性、局部放电腐蚀、绝缘击穿强度及机械性能。综述了环氧树脂纳米复合电介质在电机绝缘系统中的应用和最新研究进展,为环氧树脂纳米复合电介质在电机主绝缘中的应用提供了思路。     

聚丙烯/Al_2O_3纳米复合介质直流击穿特性与电荷输运仿真研究

聚丙烯以其优异的电气性能被广泛用于电力电容器,并且是一种潜在的环保型高压直流电缆绝缘材料。直流电压作用下的空间电荷注入和积聚特性是绝缘介质电击穿的重要因素。为研究击穿特性与电荷输运的关联,分别制备掺杂质量分数为1%、7%和15%的聚丙烯/氧化铝纳米复合介质,测试极化、热刺激去极化电流、高场电导、正电子湮灭和直流击穿特性。实验结果表明:1%质量分数的纳米复合介质的直流击穿场强相较于纯聚丙烯增加,这对应于在1%质量分数的复合介质中较深的陷阱;而7%和15%复合介质的击穿场强和陷阱能级均减小。复合介质的自由体积尺寸未发生明显改变。基于双极性电荷输运模型,仿真计算空间电荷和电场畸变特性随陷阱能级和升压时间的动态演变过程。仿真结果表明,在较大的陷阱能级时的注入电荷密度和电场畸变率均减小;电荷向介质体内的迁移深度在较大的陷阱能级时变浅;随着加压时间的增加,在电场达到一定阈值后的电荷注入和电场畸变才较为明显。深陷阱捕获载流子后形成的同极性电荷积聚和抑制的载流子迁移率均有利于直流击穿性能的提升。     

纳米掺杂对环氧复合绝缘材料不均匀热老化特性的影响

本文制备了改性纳米氧化铝掺杂质量分数分别为0%、1%、10%的环氧复合绝缘材料，对其在150℃下开展了热老化试验，并通过动态机械（DMA）测试、扫描电子显微镜（SEM）测试和线性热膨胀测试研究其热老化特性及机理。结果表明：环氧复合绝缘材料在热老化过程中形成了不均匀的老化结构，且表面老化层厚度与纳米氧化铝的含量有关。当纳米氧化铝掺杂质量分数为1%时，试样的表面老化层厚度最小，此时纳米颗粒分散性良好且紧密地镶嵌在环氧基体中。结合玻璃化转变的自由体积理论，计算发现纳米氧化铝掺杂质量分数为1%时，试样的自由体积分数最小，且对应的环氧基体α主松弛时间最长，分子链活动性最低。在环氧树脂中加入适量改性纳米氧化铝可以提高分子链的交联程度，降低体系的自由体积，进而削弱氧气在材料内部的扩散能力，最终降低环氧复合绝缘材料的不均匀热老化程度。     

高温阶梯式升压下等离子体处理纳米颗粒对环氧树脂复合材料的电荷动力学特性影响

高含量纳米掺杂易团聚会导致空间电荷积聚、电场畸变,从而降低材料的绝缘性能。为了提升高含量纳米颗粒在基体中的分散性,采用等离子体对纳米氧化铝表面进行处理,制备了纳米氧化铝质量分数为10%的环氧树脂纳米复合材料,利用扫描电子显微镜对颗粒的分散性进行表征,采用高温空间电荷测量装置和电导电流测试系统研究了不同温度阶梯式升压下试样的电荷动力学特性。结果表明,等离子体处理能有效地抑制高含量纳米氧化铝的团聚。高温下纳米氧化铝质量分数为10%的试样空间电荷输运明显,电导率提高了近3个数量级;等离子体处理后的含10%纳米氧化铝试样始终保持最低的电荷量和电导率,且电导率与电场强度呈近似线性关系。等离子处理后的纳米氧化铝能有效地抑制高温下空间电荷的注入、积聚与输运,降低载流子迁移和电导活化能,提升高温下环氧树脂复合材料的电气性能。基于结果与分析提出了高温阶梯式升压下等离子处理前后纳米颗粒对环氧树脂复合材料的电荷动力学特性的作用机理。     

交联聚乙烯试样中空间电荷输运特性的数值模拟

挤塑型交联聚乙烯(XLPE)高压直流电缆绝缘中空间电荷的积聚会造成局部场强畸变,导致材料的绝缘性能下降。电缆内导体的热效应在绝缘层产生的温度梯度会进一步影响电荷行为,纳米颗粒改性是抑制空间电荷的一种有效措施,但抑制作用具体如何实现,尤其是对于微观层面载流子输运过程的影响规律还需深入分析。试样内空间电荷的数值仿真可以探究各种微观粒子之间的相互作用和演化过程,因此文中基于载流子抽出受限的双极性电荷输运模型,对温度梯度下的电荷行为,深陷阱与浅陷阱对于载流子迁移过程的影响进行了研究。结果表明：低温侧会因抽出受限而积聚异极性电荷,深陷阱会限制载流子输运且深陷阱作用存在瓶颈,随着迁移率增大,电荷分布由同极性变为异极性分布,当迁移率足够大时,异极性电荷不再增长甚至开始降低。