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。     

国内文摘与专利

YSZ/AL2O3复合薄膜高温绝缘层的研究/杨晓东,张洁,蒋书文,等/电子元件与材料,2015(2)采用电子束蒸发、射频磁控溅射、等离子喷涂等方法,在镍基高温合金基底上制备YSZ(质量分数12%Y2O3稳定的Zr02)AL2O3复合薄膜结构绝缘层,并研究了复合薄膜结构绝缘层在室温到800°C范围内的绝缘特性,以及高温对复合薄膜晶体结构和表面形貌的影响。结果表明:晶态YSZ/非     

SiO2溅射功率对Fe40Co40B20-SiO2软磁纳米颗粒膜磁性能的影响

用磁控溅射法沉积Fe₄₀Co₄₀B₂₀-SiO₂软磁纳米颗粒膜,对其微观结构和磁性能进行了分析。研究发现,随着SiO₂溅射功率的增高,Fe₄₀Co₄₀B₂₀-SiO₂薄膜粗糙度、截止频率、磁导率、饱和磁化强度均降低,薄膜电阻率增大。在SiO₂溅射功率为500 W时,Fe₄₀Co₄₀B₂₀-SiO₂薄膜电阻率高达1973μΩ·cm,且截止频率也高达3.67 GHz。相较于未添加SiO₂的薄膜,其电阻率有了显著提升,且同样拥有较高的截止频率。因此,通过该方法制备的Fe₄₀Co₄₀B₂₀-SiO₂薄膜可有效应用于GHz频段的软磁薄膜电感。     

无色透明聚酰亚胺-二氧化硅纳米复合薄膜的制备与性能

采用1S,2R,4S,5R-氢化均苯四甲酸二酐(H-PMDA)与含氟芳香族二胺2,2′-双(三氟甲基)联苯二胺(TFMB)通过一步高温溶液缩聚法制备了TFCPI半脂环族聚酰亚胺树脂及相应的无色透明聚酰亚胺薄膜TFCPI-0。采用TFCPI树脂基体，通过机械共混法与胶体纳米二氧化硅(SiO₂)/N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)分散液进行复合，制备了一系列不同SiO₂含量的无色透明聚酰亚胺复合薄膜。结果表明：当纳米SiO₂在复合薄膜中的质量分数为25%时，制备的TFCPI-25复合薄膜在450 nm波长处的透光率(T₄₅₀)与黄度指数(b^*)分别为87.8%与1.56，较TFCPI-0薄膜仅略有下降(T₄₅₀=88.5%,b^*=0.91)。TFCPI-25复合薄膜在氮气中的5%失重温度(T_5%)和玻璃化转变温度(T_g)与TFCPI-0薄膜处于同一水平。但TFCPI-25复合薄膜在50℃时的储能模...     

纳米SiO2表面改性及耐电晕漆包线漆的制备

采用纳米粒子改性、逐步分散的方法解决漆包线漆中纳米粒子团聚的难题。分别用乳化剂OP-10、硅烷偶联剂AP1231、硅烷偶联剂A112、γ-丙基三甲氧基硅烷(KH-560)和N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺(KH-792)5种改性剂对纳米SiO₂粒子表面进行改性，研究改性剂种类、改性剂用量、改性温度及改性时间对纳米SiO₂粒子改性效果的影响，通过耐电晕性能测试对比了改性前后的纳米SiO₂粒子对耐电晕漆包线漆性能的影响，并用透射电子显微镜(TEM)观察改性前后纳米SiO₂粒子的分散状况。结果表明：经KH-560改性后的纳米SiO₂在漆包线漆中分散性最好，其最佳工艺条件为：KH-560质量分数为1.5%，改性温度为90℃，改性时间为4 h。将改性后的纳米SiO₂逐步均匀分散到漆包线漆中，可以得到高稳定性、耐电晕时间>50 h的漆包线漆，适宜的纳米SiO₂添加量为13.5%。     

二氧化硅掺杂增强型全氟磺酸质子交换膜研究

在全氟磺酸质子交换膜中掺杂二氧化硅被认为是提高膜保水性的行之有效的方法。通过溶胶-凝胶法制备SiO₂溶胶,并将其掺入全氟磺酸树脂溶液中,以膨体聚四氟乙烯(ePTFE)多孔膜作为增强层,采用涂布法制得具有不同SiO₂掺杂量的增强型全氟磺酸质子交换膜。通过扫描电镜观察及元素能谱分析,确认SiO₂在膜中分散均匀,成膜效果良好。经实验研究表明,最佳SiO₂掺杂量为1%。该膜相较未掺杂SiO₂的全氟磺酸质子交换膜,具有更高的机械性能和质子电导率,所装配的单电池输出性能也有明显提高,在100%和50%相对湿度下,峰值功率密度分别达到了460和246 mW/cm²,相比未掺杂SiO₂膜,分别提升了7.5%和16.0%。     

硅烷偶联剂改性对SiO2/PI复合材料热力学与介电性能的影响

为了研究硅烷偶联剂改性对SiO₂/PI复合材料热力学与介电性能的影响及其内在机理，采用分子动力学模拟的方法建立纯聚酰亚胺、SiO₂/PI以及SiO₂表面硅烷偶联剂接枝密度为6%和12%的SiO₂/PI复合模型，计算4组模型的溶解度参数、相互作用能、玻璃化转变温度、杨氏模量、剪切模量、均方位移、自由体积分数、相对介电常数和电气强度。结果表明：硅烷偶联剂改性显著提升了复合材料的热力学与介电性能，接枝密度对改性效果有明显影响，其中硅烷偶联剂接枝密度为6%的SiO₂/PI复合体系热力学性能最好，同时保持较低的相对介电常数和较高的电气强度。此外，接枝硅烷偶联剂的两个体系具有较小的自由体积分数和均方位移，以及较大的溶解度参数和相互作用能，表明限制分子链的运动以及提升SiO₂与PI基体间相容性是改善复合材料热力学与介电性能的关键。     

柔直换流站穿墙套管绝缘击穿分析及材料改性机理研究

环氧树脂浸渍绝缘纸作为柔直穿墙套管的主绝缘存在电场分布不均匀等问题。详细分析了某柔性直流换流站穿墙套管绝缘击穿事故的原因，并结合套管环氧树脂电芯体材料特性，采用添加纳米SiO₂(二氧化硅)改性环氧树脂的方法来提高套管的电气性能和热性能。实验表明，当纳米SiO₂添加量为4%(质量分数)时，环氧树脂固化物的相对介电常数下降到4.23(50 Hz时)，介质损耗因数为0.002(50 Hz时)，击穿场强达到了31 kV/mm，体积电阻率为3.7×10¹³Ω·m。同时归纳总结了纳米SiO₂对环氧树脂基本物理性质与主要电热性质的影响，以期进一步改善穿墙套管材料电气绝缘性能。     

用于锂硫电池硫载体的SiO2/氮掺杂碳空心微球

锂硫电池以其高理论能量密度、低成本和环境友好等特征，正在引起越来越多科学家和产业界人士的关注。利用正硅酸四乙酯水解与多巴胺自聚合之间的相互促进作用，通过一步水热反应制备出具有空心结构的SiO₂/氮掺杂碳复合微球。破裂微球的扫描电镜照片证实了复合微球的空心结构，热重分析则明确了SiO₂/氮掺杂碳复合微球中的氮掺杂碳含量为74.1%。电化学测试结果表明，采用SiO₂/氮掺杂碳复合微球为载硫材料制备的锂硫电池在0.05 C时的首圈放电比容量为1 204 mAh/g，其在2 C时的放电比容量为677 mAh/g。因此，提供了一种SiO₂/氮掺杂碳复合微球载硫材料的通用有效的合成方法。     

氮化硼纳米片/氢氧化镁/聚乙烯复合材料导热性能研究

以低密度聚乙烯(LDPE)为基体材料,选用氮化硼纳米片(BNNs)作为第一掺杂填料,选取氢氧化镁(Mg(OH)₂)作为第二填料,基于熔融共混法制备多填料结构绝缘复合材料,研究了常温常压下两种填料掺杂量对不同厚度的复合材料热导率的影响。结果表明：在多填料复合体系中,Mg(OH)₂会改变BNNs在基体中的取向度、连接度从而影响复合材料的热导率。3种试样厚度下高填量的Mg(OH)₂均会增强复合材料的轴向热导率。薄厚度下Mg(OH)₂的掺入不利于复合材料径向热导率的提升。较厚厚度下,适量的Mg(OH)₂能够增强复合材料的径向导热性能,当BNNs的质量分数为20%,Mg(OH)₂的质量分数为40%时,复合材料的热导率最高可达纯LDPE热导率的12倍。     

本体聚合PMMA基复合介质膜的储能特性研究

目前有机薄膜电容器中的介质材料多为线性电介质,这类聚合物的介电常数通常较低,造成电容器储能密度普遍偏低,而新型高储能聚合物介质材料一般又存在介质损耗高的问题。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与高储能含氟聚合物的相容性较好,常被用来改善后者的力学和击穿性能,但市售的PMMA存在本征介质损耗过高的问题。为了降低PMMA的介质损耗,本文用甲基丙烯酸甲酯(MMA)与苯乙烯(St)合成MMA-St共聚物(MS),将不同比例的MS掺入本体聚合的PMMA中形成复合体系,并研究复合体系的介电特性、储能特性及绝缘特性。结果表明：该复合体系可以显著降低PMMA的介质损耗,相较于PMMA更适合作为高储能聚合物的改性材料。其中复合10%MS的介质膜在5 500 kV/cm电场下获得了5 J/cm³的放电能量密度,充放电效率达到83%。     

功能化SiO2/UV-XLPE纳米复合材料的交流介电性能研究

针对纳米SiO₂材料在XLPE基体中容易团聚的问题,采用巯基-双键点击化学原理和纳米材料的表面改性技术,将纳米SiO₂引入到了紫外光交联聚乙烯的网状结构中,提高了纳米SiO₂在XLPE基体中的分散性。同时引入了更多的深陷阱,改变了功能化纳米SiO₂与XLPE基体之间的界面特性,从而提高了功能化SiO₂/UV-XLPE纳米复合材料的介电性能。对材料进行核磁共振氢谱、红外光谱以及扫描电镜等实验进行结构表征。在线性升温条件下测试材料在工频下的介电常数ε_r和损耗角正切值tanδ,探讨功能化纳米SiO₂的表面高介电壳层对纳米复合材料的变温介电特性的影响;通过TSC测试探究材料内部的陷阱能级分布情况,并在不同温度下测试了材料的交流击穿特性。随着温度的提高,复合材料内部杂质分子热运动加剧,使得相对介电常数ε_r随温度提高减小,而偶极子转向在介电损耗中的贡献逐渐增大,所以损耗角正切值tanδ呈现出变大的趋势。另外功能化纳米SiO<...     

混合Ta2O5/SiO2DBR和AlN/GaN DBR的蓝光VCSEL器件性能研究

垂直腔面发射激光器(VCSEL)器件的分布式布拉格反射镜(DBR)设计十分重要,关乎VCSEL的激光输出。研究Ta₂O₅/SiO₂、AlN/GaN制备的DBR上下混合使用对VCSEL器件性能的影响。研究发现,底层10个周期的Ta₂O₅/SiO₂全反射DBR和顶层40个周期的AlN/GaN部分反射DBR设计的蓝光VCSEL器件激光输出较强,DBR底层、顶层互换的底层50个周期的AlN/GaN全反射DBR和顶层4个周期的Ta₂O₅/SiO₂部分反射DBR设计的蓝光VCSEL器件激光输出较强。     

氮化硼复合陶瓷表面二次电子发射抑制

二次电子产额δ是影响霍尔推进器鞘层的关键参数之一。为了降低推进器通道壁面常用材料BN-SiO₂复合陶瓷的表面δ，通过激光刻蚀工艺和表面镀层技术对表面δ进行了调控。使用脉冲红外光纤激光器在材料表面构造微阵列结构，使用激光扫描显微镜对表面结构表征，表面δ测试方法采用收集极法。δ测试结果表明：激光功率10 W且扫描周期50时，样品表面形成的周期性微阵列结构δ抑制效果较为理想，两种不同质量配比的复合陶瓷表面δ峰值分别由2.62和2.38降低至1.55和1.46。使用磁控溅射在上述微结构表面沉积一层Ti N薄膜，δ得到进一步抑制。使用扫描电子显微镜对薄膜表面表征，表面颗粒呈现三棱锥结构。结果表明：溅射功率100 W且时长90 min时，TiN膜厚约为246 nm，镀覆该厚度TiN薄膜的两组微结构样品δ峰值分别由1.55和1.46降低至0.82和0.76，相比原始表面大幅降低。该研究通过表面刻蚀和薄膜沉积工艺，大幅降低了BN-SiO₂复合陶瓷表面的δ，研究工作对于特定工作场景中开展低δ表面处理工艺研究具有工程应用价值。     

纳米TiO2表面精准修饰对硅橡胶直流绝缘性能的影响

为研究纳米TiO₂颗粒表面精准修饰对硅橡胶直流电气性能的影响，分别在纳米TiO₂表面单峰和不同密度双峰接枝长链与短链聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)。将具有不同接枝类型的纳米TiO₂以相同质量分数(1%)添加到硅橡胶(silicone rubber,SIR)中，制作得到纳米TiO₂/SIR复合薄膜样品。热失重分析试验结果证明长链与短链PDMS成功接枝到纳米TiO₂表面；Zeta电位试验结果表明，长链与短链PDMS双峰接枝增强了相邻TiO₂颗粒之间的静电排斥力；TEM观测结果表明，经过双峰接枝长短链PDMS，纳米TiO₂颗粒在SIR中的分散性大幅改善。空间电荷、直流击穿和直流电导试验结果表明，双峰接枝长短链PDMS的组别抑制注入同极性空间电荷效果更佳、直流击穿场强更高、体积电导率更低。这是由于随着纳米TiO₂表面长短链PDMS双峰有效接枝密度的提高，使得界面区域分子链排列更加质密...     

SOFC复合孔隙阳极材料的制备及性能研究

使用共流延工艺分别制备了以不同配比可溶性淀粉和碳纤维混合物作为造孔剂的阳极支撑型固体氧化物燃料电池(SOFC),阳极支撑层具有不规则的球型和直线型交错的复合孔隙,造孔剂总质量分数均为10%。电池以(Y₂O₃)_0.08(ZrO₂)_0.92(8YSZ)及Ni作为阳极材料,其中Ni与8YSZ的质量比为1∶1,以8YSZ作为电解质材料,以(La_0.75Sr_0.25)_0.95MnO_3±δ(LSM)及8YSZ作为阴极材料。使用氢气作为燃料测试了各电池在750℃下的电化学性能,结果表明,淀粉与碳纤维质量之比为1.5的复合造孔剂所制备电池的功率密度最高,可达0.199 W/cm²。扫描电子显微镜法(SEM)图像显示,淀粉和碳纤维在阳极支撑层中所形成的复合孔隙相互交织,连通性较好,具有较理想的微观结构。     

XLPE/SiO2纳米复合材料长期直流老化特征寿命恶化分析

为了研究纳米SiO₂改性后的交联聚乙烯（XLPE）在直流电场下的长期老化规律,该文对纯XLPE和XLPE/SiO₂纳米复合材料的老化性能进行对比研究。首先在不同直流电压下分别对两种材料进行老化实验,发现XLPE/SiO₂纳米复合材料在电场较高时的确具有较纯XLPE更优异的耐电特性,但随着施加直流电场的降低,XLPE/SiO₂纳米复合材料的特征寿命与纯XLPE的越来越接近,直到该文测试的最低直流电场强度115kV/mm（特征寿命1 000h以上）,XLPE/SiO₂纳米复合材料的特征寿命已低于纯XLPE。对比分析XLPE/SiO₂纳米复合材料和纯XLPE老化数据显示,纳米复合材料的寿命指数低于纯XLPE。该文直流老化研究结果表明,尽管XLPE/SiO₂纳米复合材料的短期电性能指标优于纯XLPE,但长期直流老化性能会比纯XLPE差。     

厚度对磁控溅射CoPt永磁薄膜磁性能的影响

CoPt永磁薄膜有较高的剩磁和矫顽力,通常用作磁传感器中的磁偏置或者微机电系统(MEMS)中的磁制动部件。CoPt薄膜多采用磁控溅射或离子束沉积工艺制备。采用磁控溅射制备了不同厚度CoPt/Cr薄膜。结果显示,CoPt薄膜矫顽力随薄膜厚度增加而降低;薄膜较厚时(大于400?),剩磁随薄膜的厚度增加而降低。这主要是因为CoPt薄膜具有密集六方结构,其自然生长为(002)面,具有垂直各向异性。由于Cr缓冲层存在,CoPt薄膜较薄时沿(1010)面生长,从而具有面内各向异性;但随薄膜厚度的增加,薄膜会沿(002)生长从而具有垂直各向异性,导致薄膜磁性能降低。     

聚酰亚胺薄膜在电晕放电下击穿特点分析

为探讨电晕放电引起聚酰亚胺(PI)薄膜绝缘老化的原因,利用扫描电镜(SEM)分别研究了纯PI薄膜和PI/Al_2O_3复合薄膜在电晕放电下老化击穿的特点,并通过重复电晕老化击穿实验统计了薄膜击穿位置出现的规律。结果表明:电晕老化击穿后纯PI薄膜和PI/Al_2O_3复合薄膜均形成了直径约为20μm的圆形击穿孔,统计击穿孔的位置发现大多数击穿位置集中在特定的圆心区和边缘区,只有少数击穿发生在电晕破坏环上,说明电晕放电对薄膜的破坏并不是引起薄膜最终老化击穿的主要原因,电晕放电产生大量的热量在薄膜上积累引发的热击穿导致薄膜最终发生了热老化击穿。     

含有氮化硼势垒层的三明治结构聚合物基复合介质储能特性研究

聚合物基高温储能介质因其较高的功率密度及优异的充放电效率被广泛应用在电气和电子等领域。该文选用不同粒径的氮化硼纳米片(BNNSs)作为填料，掺杂到聚醚酰亚胺(PEI)中构建势垒层，添加在纯PEI两侧制备拥有三明治结构的复合薄膜，探究粒径大小在不同温度/填充体积分数下对复合薄膜的介电性能及储能性能的影响。研究发现，构建BNNSs势垒层的三明治结构复合薄膜显著抑制了介质的高温电导，提高了充放电效率，且较小粒径BNNSs填充势垒层能更有效地提高击穿场强和储能密度，其中掺杂200 nm粒径BNNSs体积分数为5%的复合薄膜在常温下的储能密度可达5.65J/cm³，充放电效率高达96%，即使在150℃下，储能密度和充放电效率也可分别达到2.52 J/cm³和95%。通过随机击穿模型阐明了粒径大小及三明治势垒层结构对击穿性能的提升机制。该文提出的含有势垒层的三明治复合结构为高温下复合薄膜储能特性优化提供了新的策略。