界面喷涂Mg(OH)2对直流电缆工厂接头绝缘交接层直流电气性能的影响

为了改善高压直流电缆工厂接头界面的绝缘特性，该文利用水解法制备了Mg(OH)₂，并配置了四种不同含量的Mg(OH)₂试剂，通过喷涂的形式，在工厂接头的界面处引入微量的Mg(OH)₂颗粒，利用物理、化学和电气测试手段分析了颗粒形貌，以及试样引入Mg(OH)₂前后在30℃、50℃和70℃的直流电导、空间电荷和直流击穿特性。结果表明：Mg(OH)₂可以与酒精较好地结合，喷涂方式可以实现Mg(OH)₂在界面处的良好分散；片状的Mg(OH)₂颗粒更为松散，改善了颗粒的团聚现象；随着界面处喷涂Mg(OH)₂含量的增加，试样电导率先下降后增加，喷涂Mg(OH)₂质量分数为0.001%的试样呈现出最小的直流电导特性；界面喷涂质量分数为0.000 5%的Mg(OH)₂试剂可以显著地抑制负极性电荷积聚；喷涂Mg(OH)₂后可以显著提高工厂接头试样的直流击穿场强。此外，...     

基于扫描热显微技术的氮化硼/低密度聚乙烯复合材料界面导热性能研究

导热高分子复合材料基体和填料形成的界面会影响复合材料整体的导热性能.然而受到传统测试技术的限制,很难从微观角度更深入地研究界面导热机理.本文利用扫描热显微镜(SThM)研究了氮化硼(BN)/低密度聚乙烯(LDPE)复合材料的界面导热机制,对BN/LDPE复合材料的界面热学性质进行了定量分析,并通过有限元仿真模拟了SThM的测试过程,揭示了无机-有机界面处的界面热传导过程.结果表明:随着BN颗粒含量的增加,复合材料的热导率也随之提高.当BN的质量分数达到20％时,复合材料的热导率提高了约22％.采用SThM得到了微纳尺度样品形貌和反映热学性质的电压分布图像,发现BN/LDPE复合材料的热导界面宽度为150～200 nm.在两个BN颗粒相互接触的地方,显示高导热区间增大,热导界面宽度变化较小.通过测试标样获得了热导率与输出电压平方的拟合关系曲线,并计算得到BN/LDPE复合材料的界面热导率为0.33～39.81 W/(m·K).仿真结果表明探针针尖能够区分填料、界面以及基体,复合材料的导热性能随着界面宽度和热导率的增大而提高.     

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。     

工业烟气SO3吸收脱除性能研究

燃用高硫煤和安装选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)装置会引起烟气中SO₃浓度增加,带来设备腐蚀与环境污染问题。分别以Ca(OH)₂和Na₂SO₃为吸收剂,通过数值模拟研究吸收剂脱除工业烟气中SO₃的性能,讨论Ca(OH)₂/Na₂SO₃:SO₃、SO₃浓度和降温历程对SO₃脱除的影响。结果表明,在SCR脱硝装置后加入2种吸收剂均能有效脱除SO₃。在烟气降温过程中,加入吸收剂后,SO₃的脱除率和吸收剂总转化率均呈现初期快速增长、后期缓慢增长的趋势。Na₂SO₃对SO₃的脱除性能明显优于Ca(OH)₂。Ca(OH)₂/Na₂SO<...     

基于聚苯并咪唑掺杂KH5(PO4)2电解质膜燃料电池研究

聚苯并咪唑掺杂磷酸电解质膜拥有较高的质子传导率和良好的热稳定性,被认为是十分具有潜力的高温质子交换膜。随着磷酸掺杂水平的提高,电解质膜的电导率也大幅提升,但聚苯并咪唑基体的机械强度急剧降低,严重影响其电池性能和使用寿命。通过浸渍法将熔融态KH₅(PO₄)₂掺杂入聚苯并咪唑基体膜中,得到聚苯并咪唑掺杂KH₅(PO₄)₂电解质膜,该膜具有高的机械强度,以及较高的质子电导率(约0.019 S/cm),基于该电解质膜装配的单电池,拥有接近1 V的开路电压,以及达到460 mW/cm²的峰值输出功率密度,同时研究了温度、湿度对单电池输出性能的影响。     

微纳掺杂对环氧/氮化硼复合绝缘热导率和击穿特性的影响

采用微米和纳米氮化硼(BN)为填料,制备了微纳掺杂环氧/BN复合绝缘材料,并对BN掺杂总量一定时,环氧/BN复合绝缘热导率和击穿特性随纳米BN掺杂量的变化进行研究.结果表明:当控制BN掺杂总质量分数为20％时,随着纳米BN含量的增加,复合绝缘的热导率略有下降,工频电气强度先上升后下降,厚度为0.2 mm的试样在8 kV、25 kHz高频双极性方波电压下的耐压时间缩短.纯微米BN掺杂的环氧复合材料热导率最大(0.83 W/(m·K)),且在高频双极性方波电压下的耐压时间最长(193 s),分别比纯环氧树脂提高了277％和408％;当纳米BN的质量分数为1％时,环氧复合绝缘的工频电气强度最高,为131 kV/mm,比纯环氧树脂提高了27％.因此,对于微/纳米共掺杂环氧复合体系而言,纳米颗粒的加入主要有助于提高复合材料的工频电气强度,但会使复合材料的热导率下降,缩短其在高频双极性方波电压下的耐压时间.     

聚乙烯/氮化硼高导热复合材料的耐电弧性和介电性能

聚乙烯是一种重要的绝缘材料,但较低的热导率限制了其进一步应用。向聚乙烯基体中添加高导热无机颗粒可有效提高复合材料整体的热导率,同时会对其耐电弧性和介电性能产生影响。鉴于此,分别以微米氮化硼和微纳米混合氮化硼颗粒作为填料,制备了不同填料质量分数的两类聚乙烯/氮化硼复合材料。除了对各复合试样的热导率进行测量,还通过高压电弧起痕实验分析了各试样热导率对其耐电弧性的影响,最后对各试样的相对介电常数和交流击穿强度进行了评估。结果表明:当氮化硼填料的质量分数由0增加至40%,复合试样的热导率不断增大,耐电弧性随之增强。但是基体中填料质量分数较高时(20%),复合试样的相对介电常数明显增大、交流击穿强度显著下降。此外,基体中填料的质量分数相同时,微纳米混合氮化硼颗粒填充的复合试样具有更优异的导热性能、耐电弧性和介电性能。     

Eu3+掺杂Mg2Y8(BO4)2(SiO4)4F2新型红色荧光材料的合成及发光性能研究

通过高温固相法成功合成了新型磷灰石结构Mg₂Y₈(BO₄)₂(SiO₄)₄F₂∶xEu³⁺(MYBSF∶xEu³⁺)荧光材料,并研究了不同掺杂浓度下的发光性能。结果表明,Eu³⁺掺杂MYBSF荧光粉的最佳激发波长为265 nm,最强发射波长位于614 nm。发光强度随着Eu³⁺浓度的升高而增强,当Eu³⁺掺杂浓度为7mol%时,其发光性能最好。色坐标研究亦表明,不同掺杂浓度的MYBSF∶xEu³⁺荧光材料发光性能稳定,色坐标与理想红光色坐标接近,色纯度均高于91%。因此,MYBSF∶xEu³⁺荧光粉是一种紫外激发红色荧光粉的理想候选材料。     

基于分子动力学的芳纶/功能化碳纳米管复合材料体系热力学性能模拟

对位芳纶绝缘纸以其优异的介电性能、力学性能在电气绝缘领域得到广泛应用。为探究不同功能化碳纳米管与对位芳纶共掺的复合材料热力学性能,该文通过分子动力学模拟方法建立了对位芳纶分子体系模型、未功能化碳纳米管以及分别接枝羟基、羧基和氨基官能团的芳纶/功能化碳纳米管复合体系模型。在Materials Studio和LAMMPS中计算了复合材料热导率、玻璃化转变温度、力学性能、结构参数及相对介电常数。结果表明,芳纶复合材料体系各项性能均有不同幅度提升。芳纶/羧基化碳纳米管(PPTA/CNT—COOH)的热导率较掺杂前提升了75.4%,玻璃化转变温度提升了43.29 K。芳纶/羟基化碳纳米管(PPTA/CNT—OH)和芳纶/氨基化碳纳米管(PPTA/CNT—NH₂)的热导率依次提升70.2%和63.2%。在力学性能上,复合材料比掺杂前的弹性模量平均增强30%以上,剪切模量增强15%以上。通过计算体系结构参数,从均方位移、自由体积占比、氢键数量与结合强度等分子层面阐释了材料性能增强的内在机理,最终发现PPTA/CNT—COOH在热力学性能上较其他掺杂体系提升最为明显,且碳纳米管的...     

基于PBI-BN的固体酸浸渍型高温膜的制备及其性能研究

为了解决高温质子交换膜燃料电池中磷酸流失问题，以磷酸五氢铯[CsH₅(PO₄)₂]代替磷酸作为质子导体，基于聚苯并咪唑(PBI)/CsH₅(PO₄)₂复合膜的研究基础，进一步在PBI膜中添加六方氮化硼(BN)，从而改善固体酸与基膜的相互作用，制备了一系列复合膜。扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线谱(EDS)结果证明CsH₅(PO₄)₂均匀分散在高温浸渍制备的复合膜的表面和内部。浸渍量测试结合X射线衍射图谱(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)结果表明，BN掺杂量为2.5%(质量分数)的复合膜可以达到最高的固体酸浸渍率。掺杂量为10%(质量分数)时，复合膜的机械性能下降。电导率测试结果表明掺杂BN有利于提高复合膜的质子电导率，并进一步测试了PBI-CsH₅(PO₄)₂和PBI-2.5%BN-CsH₅     

核壳结构BNNS@SiO2/环氧复合电介质的电-热击穿特性

本文制备不同填料含量的核壳结构BNNS@SiO₂/环氧复合电介质,研究复合电介质界面区的化学特征与微观形貌,通过热刺激去极化电流法与击穿测试研究环氧复合电介质的陷阱特性与击穿性能。结果表明：BNNS@SiO₂具有核壳结构,且包覆的SiO₂厚度在纳米级别;BNNS@SiO₂表面存在明显化学键合作用,与环氧基体可形成较强的界面区,提升其与环氧基体的相容性。少量BNNS@SiO₂可有效提升复合电介质的电气强度,当BNNS@SiO₂的质量分数为1%时,复合电介质的电气强度可提升52.3%。当BNNS@SiO₂纳米粒子含量较少时,环氧复合电介质中的深陷阱增加,当纳米粒子含量较多时,深陷阱数量有所减少,浅陷阱数量增加。此外,核壳结构BNNS@SiO₂/环氧复合电介质的热导率明显提高,有利于高电场下的绝缘散热。通过深陷阱效应与导热性能提升的综合作用,环氧复合电介质的击穿性能得到显著提升。     

高导热环氧/Al2O3复合材料制备工艺研究

为控制环氧/Al₂O₃复合材料中Al₂O₃填料的沉降,通过对环氧复合物流变特性表征,深入研究预交联工艺与固化工艺对Al₂O₃填料沉降的影响机制。结果表明：适当延长预交联时间可以有效控制Al₂O₃填料沉降,同时固化工艺的预固化温度应与浇注温度匹配。采用最优工艺制备的环氧/Al₂O₃树脂复合材料结构及性能均匀,沉降率仅为0.5%,热导率为1.312 W/(m·K),同时具有优异的电气性能,其介电常数为4.94,介质损耗因数为0.002,体积电阻率为1.64×10¹⁹Ω·m,电气强度约为33.38 kV/mm。     

具有双连续结构的BN/PP/SEBS复合材料导热与绝缘性能的研究

通过将聚丙烯(polypropylene,PP)与弹性体(styrene-ethylene-butylene-styrene,SEBS)材料共混并掺杂高导热填料可提高PP绝缘材料的使用性能。为了研究导热填料在聚合物基体中的分散规律,有效调控导热网络的形成,该文将不同含量SEBS与PP共混作为基体,以氮化硼纳米片(boron nitride nanosheets,BNNSs)为导热填料,改变2种基体树脂的比例、BNNSs含量,通过熔融共混,制备出复合材料,分别探究SEBS与BNNSs含量对复合材料的微观结构、热导率、变温电导特性、本体击穿特性和力学性能的影响。结果显示：随着SEBS比例的增加,有机相逐渐由“海岛”结构转变为“双连续”结构,相同BNNSs含量下,调控有机相结构,可显著提升复合材料热导率。复合材料不仅具有良好的导热性能(0.425 4 W/(m·K)),且保证了自身在高温下的绝缘性能以及机械性能,拓展了绝缘材料的实用性。     

氮化硼表面改性基团对氮化硼/聚酰亚胺复合材料导热特性的影响

以端基为氨基、羧基和羟基的表面改性氮化硼(BN)和未经表面修饰的BN纳米片为填料，通过原位聚合法制备了改性BN/聚酰亚胺(PI)复合材料，研究了氨基改性BN(BN-NH₂)、羧基改性BN(BN-COOH)、羟基改性BN(BNOH)和BN对不同温度下复合材料导热特性的影响。结果表明：复合材料的热扩散系数随着BN-NH₂质量分数的增加而增大，随BN-COOH和BN-OH质量分数的增加先增大后减小，且均在质量分数为2%时达到最大值。在200℃时，BN-NH₂/PI的热扩散系数在填料质量分数为5%时达到最大值，BN-COOH/PI和BN-OH/PI则都在填料质量分数为2%时热扩散系数达到最大值，其中BN-COOH/PI获得最高的热扩散系数。因此，氨基表面改性BN有利于BN/PI复合材料在高填充量下获得更高的热扩散系数，而要获得最高的热扩散系数，羧基改性BN则是最佳选择。     

Sb元素掺杂对GeTe-PbTe材料热电性能的影响

以(GeTe)_0.91(PbTe)_0.09固溶体合金为研究对象，通过掺杂Sb元素来降低载流子浓度，探索Sb元素含量对(GeTe)_0.91(PbTe)_0.09材料热电性能的影响机制，提升材料热电性能。通过熔炼、真空热压、退火结合工艺制备了一系列(GeTe)_0.91-x(PbTe)_{0.0 9}(SbTe)_x材料样品，对其热电性能进行表征和研究。结果表明：掺杂Sb元素后，成分为(GeTe)_0.85-(PbTe)_0.09(SbTe)_0.06材料热电性能最好，其ZT值在773 K条件下可达到1.65。将(GeTe)_0.91(PbTe)_0.09材料和(GeTe)_0.85-(PbTe)_0.09(SbTe)_0.06材料制成温差电单偶，测试单偶的热电转换效率，(GeTe)_...     

Zr和B共掺杂的LiNi0.88Co0.10Mn0.02O2单晶材料性能研究

采用Ni_0.88Co_0.10Mn_0.02(OH)₂前驱体，LiOH·H₂O为锂源，加入适量的硼酸和ZrO₂，分别在810、820和830℃条件下进行烧结，制备了Zr和B共掺杂型LiNi_0.88Co_0.10Mn_0.02O₂单晶材料。对其进行了X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电比容量、倍率性能、循环性能和差示扫描量热(DSC)等测试。结果显示，Zr和B共掺杂可改善LiNi_0.88Co_0.10Mn_0.02O₂单晶材料的倍率性能、循环性能以及材料的热稳定性。在820℃烧结得到样品NCM-820，其比容量为198.5 mAh/g,25℃循环50次的容量保持率为96.37%,45℃循环40次容量保持率为94.13%，材料热分解温度从231.8℃提升到了240.4℃。     

使用添加剂提高开关柜用环氧材料憎水耐电痕特性的研究

为了沿海地区空气绝缘开关柜用环氧绝缘件找到一种合适的具有较好憎水性、耐电痕特性的环氧配方材料,以适应盐雾、潮湿的环境条件,文中对开关柜常规用的注射用环氧配方,分别加入2%活性SiO₂纳米颗粒、2%Al₂O₃纳米颗粒及6%Al(OH)₃颗粒,通过对配方的接触角、耐电痕特性的测量,得出环氧树脂材料配方内掺杂活性SiO₂纳米颗粒、Al₂O₃纳米颗粒及Al(OH)₃颗粒后可以有效提高憎水性、耐电痕特性,将原配方的耐电痕性能从1A0提高到1A2.5,同时机械性能有轻微的改变。     

热老化条件下LDPE/TiO2纳米复合材料介电特性研究

电力电缆在运行过程中普遍存在的热老化现象容易加速绝缘失效,限制设备使用寿命,甚至引发电力系统故障。纳米粒子掺杂改性可以提高聚乙烯基体材料的热稳定性,开展相关研究可以为提高电缆绝缘寿命提供解决方案。以低密度聚乙烯(LDPE)/二氧化钛(Ti O_2)纳米复合材料为研究对象,分别研究了热老化条件下纳米粒子质量分数、老化时间、老化温度对材料介电特性的影响。实验结果表明,掺杂Ti O_2纳米粒子能够改善LDPE基体材料的介电特性,当Ti O_2纳米粒子填充质量分数为0.5%时,纳米复合材料介电特性最佳。老化时间和老化温度是影响材料介电特性劣化的两个重要因素,随着老化时间推移和老化温度提高,纳米复合材料的介电性能劣化现象越明显。对聚乙烯材料进行纳米改性的同时降低电缆运行环境温度,对提高电缆绝缘寿命具有重要意义。     

氟化协同高分子助剂调控环氧复合材料绝缘性能机制

偶联剂作为常用小分子界面改性助剂,在等离子体作用下,其界面相容性易受影响。为进一步调控填料与环氧树脂基界面特性,采用端羧基超支化聚酯(carboxyl-terminated hyperbranched polyester, CHBP)对纳米SiO₂进行大分子链包覆,再协同等低温离子体对填料进行氟化接枝。对比分析不同改性方式下环氧复合材料化学组分、微观形貌、电荷特性及沿面闪络特性。实验结果表明：相比偶联剂预处理,经超支化表面接枝改性的纳米SiO₂与环氧基体间界面相容性更好,氟化协同改性后,其在基体内团聚尺寸较KH550/氟化改性显著减少。掺杂质量分数3%的CHBP/氟化改性填料,可有效减少高压电场下环氧复合材料的平均电荷密度,抑制空间电荷积聚及跨界面输运,其沿面闪络发展得到有效抑制,闪络电压分散性有所降低。其击穿场强最大值达到40.88 kV/mm,相较于同质量分数的CHBP改性,KH550/氟化改性试样分别提高了12.34%、20.13%。氟化协同高分子助剂接枝改性作为可行有效方法,为填料改性提供了新研究思路。     

正温度系数材料调控绝缘直流电场分布

绝缘材料电阻率负温度系数(NTC)效应造成直流电场畸变,增大了高压直流设备的设计难度.为了弱化电阻率对温度的依赖,该文制备正温度系数(PTC)电阻率的陶瓷材料掺杂的环氧树脂复合材料(质量分数为0～35％),并测试热导率、电阻率-温度特性和直流击穿场强,仿真温度梯度下绝缘内部电场和温度分布.结果表明,高掺杂比例时的电场优化效果较好;质量分数为20％掺杂的环氧树脂复合材料的热导率提高66％,径向温差减小55％;电阻率负温度效应弱化,电导活化能下降了35％;最大畸变电场降低了58％,而直流击穿场强仅下降16％.分析认为,填料的PTC效应优化了环氧树脂复合材料的电阻率-温度特性,降低了热点温度,协同抑制电场畸变.正温度系数材料可改善温度梯度下绝缘内部的直流电场分布,相关复合材料在输电设备中具有应用可能性.