聚乙烯载流子迁移率与空间电荷包形成机理

空间电荷包现象是电介质绝缘材料即将发生击穿破坏的重要标志。现有理论分析与仿真结果表明,电介质中载流子迁移率与场强的非线性关系是电荷包形成的重要条件。然而,此非线性关系的物理机制尚不清楚。为此,针对迁移率与场强的非线性关系展开研究,旨在解释聚乙烯材料中空间电荷包的形成机理。基于聚乙烯材料的定域态密度分布函数,利用以跳跃电导方式运动的电子性载流子迁移率公式,计算得到并分析了不同场强、最深陷阱中心能级与陷阱浓度等条件下的迁移率-载流子浓度关系。在迁移率的计算中,采用数值方法计算了Fermi能级,相对于解析近似方法具有更高的精度。迁移率的计算结果印证了陷阱填充效应的存在:随着陷阱不断被填充,新注入的载流子将受陷于较浅的陷阱,从而导致载流子的平均迁移率有较大提高。基于这种陷阱对载流子迁移率的调制作用,通过定性分析得出结论:电荷包运动方向后方的载流子对陷阱的填充效应可以使电荷包前后沿载流子的速度基本一致,从而为空间电荷包的形成和维持提供了一种可能的解释。     

聚乙烯微观形态及表面形貌对其空间电荷包特性的影响

聚乙烯的热压冷却条件会显著影响聚乙烯的微观形态,而聚乙烯在热压过程中,其表面会由于不同的基底材料而可能形成附生结晶层,从而具有不同的表面形貌,为探讨它们对空间电荷特性的影响,使用不同的基底材料制备了不同表面形貌的聚乙烯试样,研究了聚乙烯不同表面形貌的形成过程及其显微特征。利用不同的降温速率得到了两种表面形貌下不同微观形态的试样,结合微观形态对不同表面形貌的聚乙烯进行了空间电荷测量分析,在高场强下进行了其空间电荷包特性的研究,发现微观形态和表面形貌对聚乙烯的空间电荷包的极性、运动特性等都具有重要的影响。     

线性低密度聚乙烯光交联反应及其性能研究

采用紫外辐照技术制备了交联线性低密度聚乙烯(XL-LLDPE).研究了辐照时间对凝胶含量和平衡溶胀比的影响,并对不同辐照时间下的交联产品的拉伸强度和维卡软化温度进行了测定.结果表明,交联反应的速度很快,辐照30 s就能达到良好的交联效果;凝胶含量随辐照时间增加,而平衡溶胀比则呈现出降低趋势.交联结构的存在导致材料的拉伸...     

冷却介质对低密度聚乙烯电树枝老化特性的影响

低密度聚乙烯是电力电缆的主要绝缘材料,电树枝生长特性分析是评估电缆绝缘性能的基础。为此选用冰水、空气和硅油3种不同介质对聚乙烯进行淬火处理,采用针板电极设计出试样的电树枝生长实验系统,通过实时数字显微摄像系统对试样中电树枝生长过程进行了观测,采用差示扫描量热法分析了试样的结晶度和晶粒尺寸均匀性,采集了试样的局部放电数据并对数据进行了统计分析。试验与分析结果表明:硅油冷却聚乙烯电树枝增长速度与扩散系数均小于冰水、空气冷却试样;3种试样中,硅油冷却聚乙烯结晶度最高,晶粒尺寸分布最均匀,放电量与放电重复率较低;冰水冷却聚乙烯结晶度最低,放电量与放电重复率较高。     

改性纳米Fe3O4与低密度聚乙烯组成复合介质的介电谱分析

纳米Fe3O4是典型的顺磁性材料,将其与低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)复合,会给LDPE基体的磁、电等性能带来影响。为研究纳米Fe3O4加入对LDPE介电性能的影响,采用共沉淀法制备纳米级Fe3O4,并用不同方法对其进行改性,制备了不同条件的纳米Fe3O4粒子。将此纳米Fe3O4按质量分数0.25%～1%分别以熔融共混法与LDPE复合制得Fe3O4与LDPE的复合材料。以宽频介电谱仪进行了该Fe3O4与LDPE复合材料介电谱的研究,试验结果表明:纳米Fe3O4的加入及磁化对LDPE的介电常数和介电损耗均有影响,且其大小与掺杂方法及纳米Fe3O4质量分数有关。     

电场诱导蒙脱土在聚乙烯中取向分散及对其电树枝特性影响研究

为提高低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)材料的抗电树枝老化能力,提出采用交流电场诱导蒙脱土(montmorillonite,MMT)片层,以实现其在低密度聚乙烯中取向分散的方法。首先,设计了电场诱导实验装置,用工频交流电场对熔融状态下的低密度聚乙烯/蒙脱土(LDPE/MMT)复合材料进行诱导实验;其次,通过测试材料的 X 射线衍射谱、紫外光透射率和材料断面、表面的扫描电子显微图片,表征了电场诱导对MMT在LDPE中的取向分散影响;最后,对比观察了电场诱导前后LDPE/MMT复合材料中的电树枝的引发和生长特性的差异。结果表明,电场诱导有助于MMT片层在LDPE中均匀分散,且使得MMT片层沿平行于电场的方向发生偏转,诱导后的 LDPE/MMT复合材料在垂直于取向电场的方向上具有更好地抑制电树枝的能力。     

纳米SiOx/聚乙烯复合介质强场电导的预电应力效应研究

测量纳米SiOx/低密度聚乙烯(LDPE)复合介质在强场下的电导特性时,发现这种介质具有预电应力效应,即复合e)dtysgye介质经相同极性的较高直流电场(8×107V/m)预压作用2h后,直流电导比预压前的小,并随着纳米SiOx浓度的增加,这种预电应力效应越明显。通过透射电子显微镜(TEM)研究了纳米SiOx与LDPE之间的界面状态及纳米SiOx在LDPE中的分散形态;X射线衍射(XRD)结果表明纳米SiOx影响LDPE的结晶形态;另外运用傅立叶红外光谱(FTIR)研究了纳米SiOx与LDPE分子链间的相互作用。文章最后结合上述微观测试结果解释了纳米SiOx的添加所引起的LDPE强场下的预电应力效应。     

形态对聚乙烯中空间电荷包运动特性的影响

空间电荷相关研究是直流电介质材料特性研究的重要领域,聚乙烯则是主要的内绝缘材料之一。为了对高压直流条件下聚乙烯中的空间电荷现象进行深入研究,应用电声脉冲法空间电荷测量系统对高场强下低密度聚乙烯中的空间电荷现象进行测量,观察到了空间电荷包现象。研究结合不同热处理方法得到了不同微观形态的聚乙烯试品,并在不同场强下结合微观形态的变化对低密度聚乙烯的空间电荷包运动速率进行了分析。结果表明,聚乙烯的微观形态对空间电荷包特性有显著的影响,也对空间电荷包运动速率有明显的影响,结晶度越高,空间电荷包运动速率越小。     

电极材料对低密度聚乙烯中空间电荷的影响

用电声脉冲法(PEA)测量了不同电极材料对低密度聚乙烯(LDPE)中空间电荷的影响。电极材料为常见的金属,如:铝、含铅黄铜、含锌黄铜和紫铜。实验发现不同电极材料均有空穴和电子注入;并且在实验条件下电极功函数越高越容易注入空穴,功函数越低越容易注入电子;铝(+)/紫铜(-)电极系统能有效减少聚乙烯中的空间电荷注入,进而抑制因空间电荷聚集引起的局部场强过高。     

茂金属聚乙烯与低密度聚乙烯共混的结晶形态和空间电荷效应

将少量茂金属聚乙烯(MPE)作为成核剂与普通低密度聚乙烯(LDPE)共混,用电声脉冲法(PEA)测量了其空间电荷分布;以差示扫描量热法(DSC)研究了共混物的非等温结晶行为;通过小角激光散射(SALS)和广角X衍射(WAXD)实验研究了共混物的球晶尺寸和结晶形态的变化.测试结果表明,1%wt的MPE与LDPE共混,能有效减小球晶尺寸,提高结晶速率和晶体成核能力,有利于电荷的输运,从而降低了空间电荷的聚集.     

伽马射线对低密度聚乙烯的空间电荷陷阱特征影响

为研究伽马射线辐照后的低密度聚乙烯材料在直流电场作用前后的空间电荷形成和衰减的陷阱特征,在60Co伽马射线的辐照源下得到最大辐照剂量为50 kGy的聚乙烯样品,利用电声脉冲法测量其空间电荷分布,进而提出了一种离散陷阱分布模型来解释射线辐照的空间电荷衰减特征。结果表明:在阴极附近出现异号的正电荷积累并随着辐照剂量增加而增加;分析认为射线辐照后样品出现的异号正电荷是由于材料发生了化学变化(氧化)而导致更深能级陷阱的产生;同时,利用所提出的模型计算了陷阱的能级深度和陷阱密度参数,并分析了它们与辐照氧化的微观机制。由陷阱能级和陷阱密度围成的曲线族变化可作为材料辐照老化的特征参量。     

茂金属聚乙烯改性低密度聚乙烯中空间电荷的机理研究

针对高压,超高压直流塑料电缆中存在的空间电荷效应,文中选用与普通低密度聚乙烯(LDPE)化学结构相似的茂金属聚乙烯(MPE)作为成核剂与LDPE共混,用电声脉冲法(PEA)测量了共混物的空间电荷特性,以差示扫描量热法(DSC)研究了共混物的非等温结晶行为,用高阻计测量了共混物的体积电阻率的变化,结合聚合物的结晶和导电理论,讨论了共混物中空间电荷的形成和抑制机理。测试结果表明:1%的MPE与LDPE共混,能有效降低LDPE中空间电荷效应,提高结晶温度,降低体积电阻率。     

空间电荷测量表征聚乙烯中电荷输运特性

通过电声脉冲(PEA)法测量了低密度聚乙烯(LDPE)在不同场强作用下的去极化特性。根据空间电荷限制电流(SCLC)理论,通过公式推导求解了聚乙烯的平均电荷体密度、视在迁移率、陷阱深度分布及阈值场强。结果表明聚乙烯中的陷阱或缺陷,即其微观形态与宏观上空间电荷的分布密切相关。     

低密度聚乙烯空间电荷与电导电流的联合测量

聚乙烯非常容易积累空间电荷,造成聚乙烯绝缘电缆用于高压直流输电时容易出现绝缘劣化和使用寿命减少的问题。为了研究绝缘材料在直流电场下的空间电荷特性与电导特性,考虑到由于外电流存在位移电流分量,对于同一块试样分别测量得到的结果并不能进行严格的联合分析,基于脉冲电声法（pulse electro acoustic, PEA）原理设计了一套能够对平板试样进行“同区分时”测量空间电荷和外电流的实验装置,联合测量了低密度聚乙烯（low density polyethylene, LDPE）在室温下的空间电荷和高场电导。实验结果表明：随着施加场强的升高,阳极异极性空间电荷逐渐增加,阴极由同极性注入转变为异极性空间电荷积累,这与材料内部的杂质解离以及不同电极材料的选取有关。低电场条件下位移电流在外电流中所占的比例大于电导电流,传导电流密度与电场强度的关系也符合空间电荷限制电流（space charge limited current）理论。     

空间电荷对低密度聚乙烯电气击穿特性的影响

为解决聚乙烯用作电线电缆绝缘材料时所受空间电荷问题的困扰,采用在低密度聚乙烯(low density po-lyethylene,LDPE)试品上施加直流预电压使其中积聚一定量的空间电荷,然后测量试品击穿强度的方法,研究了空间电荷对LDPE击穿特性的影响。结果表明,与未经过预电压处理的LDPE的击穿强度相比,在经过较低场强(50 kV/mm)预电压处理后,预电压与击穿电压极性相同时击穿强度提高了约9%,极性相异时击穿强度降低约14%;而经过较高场强(150 kV/mm)预电压处理后,预电压时LDPE中出现空间电荷包现象,预电压后同极性击穿强度提高约19%,而异极性击穿强度反而上升约16%。分析认为空间电荷包在LDPE中的运动导致了部分空间电荷的中和,使得空间电荷积聚量减少,同时LDPE中可能的缺陷得到了一定程度的老炼而使介质得到了均匀化,从而使LDPE的击穿强度得到了提高。     

茂金属聚乙烯改性低密度聚乙烯中电荷入陷与传输特性

聚合物的电性能与其物理、化学、微观结构密切相关.通过电声脉冲(PEA)法测量少量茂金属聚乙烯(MPE)与低密度聚乙烯(LDPE)共混物在不同场强作用下的去极化特性.根据空间电荷限制电流(SCLC)理论,通过公式推导求解共混物平均电荷体密度、视在迁移率、陷阱深度分布及阈值场强.结果表明,1%MPE与LDPE共混,能有效减少深陷阱密度,增加浅陷阱密度,提高电荷迁移率和阈值场强.     

纳米氧化锌/聚乙烯复合材料中空间电荷及体积电阻率的研究

以溶融共混法制备了纳米氧化锌(ZnO)/低密度聚乙烯(LDPE)的复合材料,采用电声脉冲法和高阻计法分别测量了不同纳米ZnO含量试样中的空间电荷分布和体积电阻率。实验发现,试样中的空间电荷分布明显不同于纯聚乙烯。当试样中纳米ZnO含量为0.5%时,短路过程中空间电荷衰减很快;当纳米ZnO含量进一步提高时短路过程中空间电荷衰减比纯聚乙烯的缓慢。同时发现加入纳米ZnO后复合材料的体积电阻率上升。讨论了纳米ZnO对试样中空间电荷形成和导电机理的影响。