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.     

表面修饰纳米SiO_2/XLPE的电导电流和空间电荷特性

为研究纳米颗粒表面修饰对纳米二氧化硅/交联聚乙烯(SiO2/XLPE)电导电流和空间电荷特性的影响,分别将未经表面修饰和经钛酸酯偶联剂TC9修饰的纳米SiO2颗粒添加到XLPE基体中进行了实验。显微观测和成分分析表明,TC9的非极性有机官能团取代了纳米SiO2颗粒表面的羟基,降低了羟基间的相互成键作用,从而改善了纳米SiO2与XLPE基体之间的相容性,纳米SiO2颗粒在XLPE基体中的粒径范围从几十到100 nm;同时,TC9表面修饰提高了纳米SiO2/XLPE复合介质的介电常数和介质损耗,降低了电导电流,抑制了空间电荷的注入;而未经表面修饰的纳米SiO2/XLPE复合介质的电导电流和空间电荷特性相较于XLPE并未得到改善。分析认为,由于经TC9表面修饰的纳米SiO2分散性的改善,增大了纳米颗粒与XLPE基体之间的界面区域,因而在纳米复合介质内产生了更多的深陷阱;电极与介质界面附近的大量深陷阱捕获注入的电荷,形成固定的空间电荷层,降低了其与电极间的局部电场,从而提高了注入势垒,抑制了空间电荷的进一步注入。     

聚合物/无机纳米复合电介质介电性能及其机理最新研究进展

聚合物/无机纳米复合电介质由于其优异的电、热、机械等性能而成为电介质领域研究的热点.本文综述了该领域的最新研究进展,涉及纳米电介质的结构特性和介电性能及其机理,重点阐述了纳米电介质的界面特性和电阻率、介电常数、介质损耗、击穿场强、耐电晕老化、电树枝老化、陷阱、空间电荷等介电特性及其对应的微观和介观机理,并展望了纳米电介...     

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%。     

纳米银–环氧树脂复合电介质的介电特性

研究了纳米银–环氧树脂复合电介质的介电特性,讨论了银粒子的大小和添加量对复合材料介电常数和介质损耗因数的影响,并分析了复合材料的介电温谱。结果表明,复合材料的介电常数和介质损耗因数比纯环氧树脂有所降低;复合材料在损耗温谱中比纯环氧树脂多出一个高温峰,且高温峰的松弛活化能与纳米银粒子在介质中形成的库仑阻塞势垒有较好对应,实验结果表明了在一定尺寸和分布的纳米金属粒子与聚合物形成的复合介质中存在着库仑阻塞效应限制电荷运动的现象。     

纳米颗粒形状对线性低密度聚乙烯纳米复合介质电学性能的影响

初步研究了纳米颗粒的形状对纳米复合介质电学性质的影响。以不同形状的纳米氮化硼(BN)为填料,制备了填充分数介于0.5%~2.0%的线性低密度聚乙烯(LLDPE)纳米复合介质,测试了纳米氮化硼在LLDPE中的分散行为、复合介质的结晶和熔融行为、复合介质的宽频介电频谱、空间电荷行为以及直流击穿强度。结果发现,纳米氮化硼的形状对复合介质电学性质的影响在击穿强度方向尤为突出,片状纳米氮化硼复合介质的击穿强度高于LLDPE,而球状纳米氮化硼复合介质的击穿强度低于LLDPE。纳米氮化硼的形状对复合介质的结晶和熔融行为、介电常数和介电损耗角正切等的影响可以忽略。两种纳米氮化硼均可起到抑制空电荷注入的作用,且复合介质中空间电荷衰减速率降低。片状纳米氮化硼复合介质中更易积累界面电荷,导致复合介质内部出现明显的空间电荷振荡分布。     

超支化聚酯改性纳米SiO2/环氧树脂的介电特性

为改善纳米SiO_2与环氧树脂(EP)的界面性能及复合材料的介电参数,通过超支化聚酯协同偶联剂处理对纳米SiO_(2.)进行表面接枝,制备不同配比的纳米SiO_2/EP复合材料,研究不同改性方式及SiO_2含量下复合材料的介电特性。X射线光电子能谱及傅里叶红外光谱分析表明,端羧基超支化聚酯经100℃、40 min共混反应可成功接枝至纳米SiO_2表面;材料断面扫描电镜分析表明,质量分数为10%掺杂时,经超支化表面接枝改性的纳米SiO_2在EP溶液中不易团聚;热刺激去极化电流测试表明,纳米复合材料内部出现0.86～1.15 eV深陷阱;质量分数为7%掺杂比例下,复合材料的交流击穿电场强度比单纯偶联剂改性方式提高了19%;质量分数为5%掺杂比例下,工频下材料的介质损耗因数和介电常数分别下降至0.58%和4.38;研究结果表明超支化聚酯处理可在纳米SiO_2表面引入超支化基团。长链自由基的引入可抑制纳米SiO_2团聚,增强无机粒子与环氧基团的结合强度,并在纳米SiO_2/EP界面区域引入深陷阱,进而显著改善复合材料的介电特性。     

颗粒尺寸及表面处理对氮化硼/环氧树脂复合材料介电特性的影响

为研究氮化硼(BN)/环氧树脂复合材料的介电特性,在环氧树脂中分别添加不同质量分数的微米BN、未处理纳米BN和表面处理纳米BN制备BN/环氧树脂复合材料,并对其进行微观分析、介电频谱和介电温谱实验,研究BN质量分数、BN粒径和偶联剂表面处理对环氧树脂复合材料介电特性的影响。结果表明:复合材料的介电常数、介质损耗和电导率比纯环氧树脂有所降低;未处理纳米BN/环氧树脂复合材料和微米BN/环氧树脂复合材料的介电常数随BN质量分数的增加而减小;表面处理纳米BN/环氧树脂复合材料的介电常数随BN质量分数的增加而增大;纯环氧树脂和BN/环氧树脂复合材料的介电常数在10～110℃随温度升高呈上升趋势;纯环氧树脂和BN/环氧树脂复合材料的介质损耗在50～110℃随温度升高而增加,且增加幅度较大。     

TiO_2和SiO_2纳米掺杂聚酰亚胺复合薄膜的电学性能研究

采用原位聚合法制备了PI/TiO_2和PI/SiO_2纳米复合薄膜。研究质量分数均为10%的两种纳米掺杂对PI复合薄膜介电性能的影响,采用光刺激放电电流法(PSD)表征两种纳米颗粒对PI复合薄膜陷阱能级的影响,通过陷阱理论对介电性能的影响机制进行探讨。结果表明:TiO_2和SiO_2纳米掺杂提高了PI的电导率和介电常数,介质损耗相应增加,耐电晕寿命明显提高,电气强度虽有所下降但仍满足实际需要。两种纳米掺杂都在PI基体中引入了大量的浅陷阱,PI/TiO_2和PI/SiO_2复合薄膜的陷阱能级范围分别为1.83~2.85 e V和2.13~2.83e V,且SiO_2纳米颗粒引入的浅陷阱密度低于TiO_2纳米颗粒。在此基础上,通过陷阱理论分析了两种复合薄膜的耐电晕老化机制。     

MgO/LDPE纳米复合材料抑制空间电荷及电树枝化特性

应用经硅烷偶联处理后的纳米氧化镁(MgO)粉末与低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)共混,制得MgO/LDPE复合介质。高成分衬度扫描电镜(scanningelectron microscope,SEM)中图像表明,粒径为100 nm左右的MgO纳米粒子均匀的分散于介质中。通过电声脉冲法(pulsed electro-acoustic,PEA)测试发现,当纳米MgO填料的质量分数为4%时,可以有效抑制空间电荷的注入,伏安特性的实验结果表明,复合介质拥有更高的空间电荷注入阈值场强。通过电树枝实验,发现复合介质可以抑制电树枝的引发和生长。最后,对实验结果进行了分析,探讨了纳米复合介质抑制空间电荷和树枝化生长的机制。纳米颗粒与基体材料界面电荷行为可能是复合介质电学性能改善的原因。     

纳米MgO/环氧复合电介质的空间电荷特性研究

环氧复合材料在高温高场等复杂的工况下易积聚空间电荷，造成局部场强畸变，严重时将引发局部放电乃至绝缘击穿。通过纳米MgO颗粒与环氧树脂（EP）混合制备不同掺杂率的纳米MgO/EP复合电介质，采用差示扫描量热分析（DSC）测试环氧复合电介质的玻璃化转变温度；采用热刺激去极化电流法（TSDC）拟合计算环氧复合电介质的陷阱特性；采用电声脉冲法（PEA）测试环氧复合电介质的空间电荷特性。结果表明：纳米MgO颗粒的添加可以提高环氧树脂的玻璃化转变温度，抑制环氧树脂内空间电荷积聚。随着纳米MgO掺杂率的增加，纳米MgO/EP复合电介质的玻璃化转变温度先上升后下降，深陷阱能级和密度均先增大后减小；空间电荷密度先下降后上升，电场畸变的变化趋势与空间电荷的变化趋势相似。当纳米MgO掺杂率为3%时，纳米MgO/EP复合电介质的玻璃化温度达到最大值，抑制空间电荷积聚和场强畸变的能力最好。     

原位聚合法制备石墨烯/PPSU介电复合薄膜

采用二氯亚砜对氧化石墨烯进行表面化学修饰得到酰氯化石墨烯,然后通过原位聚合法与酚羟基封端的聚苯砜反应制备了一系列不同石墨烯含量的石墨烯/聚苯砜纳米复合薄膜。研究石墨烯对该复合薄膜的微观形貌、力学性能、介电性能的影响。结果表明:酰氯化石墨烯可使得石墨烯与聚苯砜基体之间共价结合,提高石墨烯在基体树脂中的分散稳定性和界面相容性,进而有效地改善聚苯砜的力学性能和介电性能。石墨烯/聚苯砜纳米复合薄膜的介电常数和介质损耗因数随着石墨烯含量的增加呈先慢后快的增长趋势;石墨烯质量分数为3%的复合薄膜的介电常数高达18,是纯聚苯砜薄膜的介电常数的4.5倍;同时复合薄膜还具有较低的介质损耗因数和良好的介电-频率稳定性。     

纳米SiO2对环氧树脂复合材料雷电冲击电压的影响

以纳米SiO_2改性环氧树脂制得SiO_2/环氧树脂复合材料,并对改性前后环氧树脂复合材料的短时过电压耐受能力进行对比研究。结果表明:随着纳米SiO_2掺杂量的增加,SiO_2/环氧树脂复合材料的介电常数和介质损耗因数均呈先减小后增大的趋势,当纳米SiO_2质量分数为3%时,改性效果最佳。根据U-N曲线,在常温下施加的雷电冲击电压幅值为50 k V时,掺杂SiO_2质量分数为3%的环氧树脂复合材料累积至击穿的雷电冲击次数达1 313次,是纯环氧树脂材料的3.23倍,研究结果可为提高环氧树脂短时过电压耐受能力设计提供参考。     

纳米氧化镁/环氧树脂复合电介质高温介电响应特性的研究

针对纳米氧化镁/环氧树脂复合电介质的高温介电响应特性展开研究,测试了其热失重曲线和在120~200℃的宽频介电谱。实验结果表明:复合介质的最大热失重速率随着纳米氧化镁掺杂量的增加先上升后下降,并在掺杂量为2%时达到最大值;复合介质工频下的相对介电常数随掺杂量的变化规律与最大热失重速率类似,并在不同的温度区间出现了两个松弛过程,分别对应热离子极化导致的δ松弛和偶极子转向极化导致的α松弛。通过模量谱计算发现,掺杂0.1%的纳米氧化镁导致载流子跃迁的平均势垒升高,随着掺杂量的进一步增加,平均势垒开始降低;而转向极化的活化能则在掺杂量为2%时达到最低。纳米粒子和环氧树脂基体之间形成的交互区是影响高温介电性能的主要原因。     

核壳结构纳米纤维掺杂PMMA/PVDF基复合介质的储能特性研究

为探索核壳结构纳米纤维对聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)/聚偏氟乙烯(polyvinyllidene fluoride,PVDF)基复合介质储能特性的影响规律。该研究采用静电纺丝技术制备了高长径比的掺锰钛酸锶纳米纤维(Mn-ST NFs),并对纤维表面进行二氧化硅(SiO_2)包裹处理。通过溶液铸造法制备了Mn-ST-PMMA/PVDF和Mn-ST@SiO_2-PMMA/PVDF两种复合介质。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对复合介质进行晶体结构和形貌表征,利用宽频介电谱仪和铁电测试系统获得复合介质的介电性能与储能特性,采用COMSOL Multiphysics软件对复合介质的基本电学参数进行仿真模拟分析。综合实验测试与仿真分析结果可知,Mn-ST@SiO_2-PMMA/PVDF复合薄膜具有更优异的介电和储能特性,其中Mn-ST@SiO_2-PMMA/PVDF复合薄膜在填充相体积含量为0.5%时其放电能量密度为11.29J/cm~3,充放电效率为84.07%。优异的电学性能主要源自无机Mn-ST与聚合物之间的界面极化效应,以及非晶SiO_2壳层能够有效提高无机填料和聚合物基体间的界面相容性,并限制界面间空间电荷的迁移。该研究为提高聚合物纳米复合介质的储能特性开辟了一种新的途径。     

纳米复合聚乙烯材料中的两相界面及其荷电行为

纳米复合聚烯烃绝缘材料有望在未来应用于高压直流电缆的制造,但纳米粒子改善介质电性能的根本机制尚未完全清楚。一般认为,在纳米复合聚烯烃介质中,纳米粒子与聚合物之间形成的两相界面对材料的宏观性能起到了关键性作用。Lewis和Takada分别基于胶体化学和静电学理论提出了不同的纳米复合介质中的界面模型,Tanaka根据经过表面处理的纳米粒子与聚合物基体之间的可能关系,提出了多核模型。这些模型都强调了界面对电荷的存储作用,认为复合介质通过存储电荷来改善介电性能。该文综合了国内外研究人员对纳米复合聚乙烯介质界面区微观表征的一些成果,研究人员的研究成果表明:静电力显微镜、同步辐射小角X射线散射、Zeta电位测量等方法和技术,可以作为探测纳米复合介质中的界面荷电现象的可行的手段。多种方法研究表明:在未经极化的Si O2、Al2O3复合聚乙烯体系中观测到了界面荷电分布,符合Lewis的界面荷电模型;而未经极化的Mg O复合体系中未探测到界面荷电现象。热刺激电流(TSC)测试表明复合体系的共同之处是形成均匀致密分布的深陷阱,而且材料的空间电荷抑制特性与这些深陷阱的存在密切相关。在纳米粒子与聚乙烯的复合物中,不论是纳米粒子与聚乙烯直接接触荷电,还是通过外场极化形成界面荷电,都可以理解成电荷入陷深陷阱,深陷阱界面荷电区激发的库仑场,是体系抑制空间电荷注入与改善直流电性的可能机制。     

纳米颗粒接枝密度对纳米复合XLPE空间电荷特性的影响

为研究纳米颗粒接枝密度对交联聚乙烯(XLPE)纳米复合介质空间电荷特性的影响,分别将未接枝和经不同含量硅烷偶联剂(MDOS)接枝的胶体SiO2纳米颗粒通过熔融共混法添加到XLPE中。扫描电镜观测表明未接枝组别出现数微米尺寸的严重团聚,接枝后纳米颗粒分散性改善;红外光谱分析表明接枝后的纳米颗粒出现MDOS吸收峰,随接枝密度增大而增强;由热重分析结果计算得到了纳米颗粒的接枝密度;差示量热扫描测试结果表明随接枝密度的提高,纳米复合XLPE的熔点略呈上升趋势。-50 kV/mm电场下,XLPE和MDOS/XLPE试样均出现正极性空间电荷包现象,说明仅仅添加MDOS并无捕获或抑制空间电荷的效果。纳米复合后空间电荷受到抑制,随接枝密度的提高抑制效果更加明显。分析认为,MDOS接枝SiO2纳米颗粒,减小SiO2纳米颗粒与基体的表面能之差,促进纳米颗粒的分散,增大了纳米颗粒-聚合物的界面面积,产生的更多陷阱所捕获的电荷进一步降低电极-电介质界面附近的局部电场,但也减小了去极化过程残余电荷的消散速度。     

环氧树脂纳米复合材料电气性能研究综述

环氧树脂纳米复合材料因其优异的电气性能而成为当前研究热点,纳米颗粒与聚合物基质形成的界面区域被认为是决定复合材料性能的关键。从环氧树脂纳米复合材料的结构模型出发,综述了国内外关于环氧纳米复合材料的电导率、击穿强度、介电常数和介质损耗等介电特性及其对应机理的研究,分析了当前研究的不足与面临的挑战,并展望了未来环氧树脂纳米复合材料的研究方向。     

不均匀电场下纳米氧化锌改性环氧树脂的绝缘特性

为研究纳米ZnO掺杂对环氧树脂复合材料绝缘特性的影响,以纳米ZnO改性双酚A型环氧树脂材料为研究对象,考察了不同掺杂量下复合材料直流电导、介电常数等绝缘特征参数的变化趋势;并利用针板电极系统,分别对ZnO/环氧和SiO_2/环氧复合材料进行了起始局放电压对比测试。研究发现,当纳米ZnO质量分数15%时,复合材料开始呈现非线性电导特性,复合材料介电常数也发生显著变化,质量分数为30%时其电导非线性系数可达到18.7,介电常数则可上升至5.9。相同电极结构下,纳米ZnO/环氧复合材料的起始局放电压显著高于SiO_2/环氧复合材料,ZnO质量分数为15%时起始局放起始电压达到最大值,分别比无掺杂树脂及纳米SiO_2掺杂树脂提高了33%和22%。研究表明,纳米ZnO粒子的引入显著提高了环氧树脂复合材料的绝缘性能,纳米ZnO粒子的界面效应和非线性电导特性在改善复合树脂绝缘特性方面发挥了主要作用。     

饱和电抗器用环氧树脂性能提升研究

针对饱和电抗器浇注用环氧树脂在受到电应力及机械振动时易出现老化开裂的问题,需要在保持其优良绝缘、抗腐蚀性能的基础上改善其力学性能及热学性能。本文以功能优化设计为原则,先通过热处理在碳化硅晶须(SiCw)表面形成二氧化硅介电层得到SiCw@SiO₂,然后利用掺杂改性的方法制备SiCw@SiO₂/EP复合电介质,并对其介电性能、力学性能以及导热性能进行测试。结果表明：SiCw@SiO₂/EP复合电介质兼具高介电常数及低介质损耗,韧性也得到改善,且由于SiCw相互接触形成了连续导热网络,SiCw@SiO₂/EP复合电介质的导热系数相比纯环氧树脂提高了117%。