MgO-LDPE與SiO2-LDPE納米復(fù)合介質(zhì)直流介電性能影響因素研究.pdf

1、界面是決定納米復(fù)合介質(zhì)介電性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一。弄清納米復(fù)合介質(zhì)中是否存在界面荷電現(xiàn)象，找到納米粒子本身的結(jié)晶行為，表面分子結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)特性差異與納米復(fù)合介質(zhì)界面荷電現(xiàn)象、吸潮特性及介電性能改善能力之間的聯(lián)系具有科學(xué)研究意義和工程應(yīng)用價值。本文以氧化鎂(magnesium oxide，MgO)/低密度聚乙烯(low density polyethylene，LDPE)和二氧化硅(silica，SiO2)/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)做為研究

2、對象，以找到影響納米復(fù)合介質(zhì)介電性能的主要因素為目標(biāo)，開展了以下幾個方面的工作：
　　研究納米MgO和納米SiO2的結(jié)晶行為，表面分子結(jié)構(gòu)及電化學(xué)特性等特征，了解兩種納米粒子的物理化學(xué)特性差異，用以分析納米粒子表面荷電層的形成機(jī)理；
　　應(yīng)用Zeta電勢測試技術(shù)測試納米 MgO和納米 SiO2粒子在聚乙烯石蠟中的Zeta電勢。應(yīng)用靜電力顯微鏡測試MgO/LDPE和SiO2/LDPE中的界面荷電現(xiàn)象?；?Porod理論，應(yīng)用

3、同步輻射小角 X射線散射研究MgO/LDPE和SiO2/LDPE的界面荷電現(xiàn)象。綜合三種試驗結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，SiO2/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)中存在界面荷電層，而 MgO/LDPE中無明顯的界面荷電層；
　　研究納米MgO和納米SiO2物性差異與納米復(fù)合介質(zhì)界面荷電行為之間的聯(lián)系，研究納米復(fù)合介質(zhì)界面荷電層的形成機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)納米復(fù)合介質(zhì)中界面荷電層的極性與納米粒子的等電點(diǎn)相關(guān)，荷電層的帶電量與納米粒子/聚乙烯石蠟混合系的 Zeta電勢值

4、相關(guān)；試驗還發(fā)現(xiàn)，具有荷電層的SiO2/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)比無界面荷電層的 MgO/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)具有更強(qiáng)的直流介電性能改善能力；
　　研究受潮對 MgO/LDPE和SiO2/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)介電性能的影響，研究納米 MgO和納米 SiO2粉末的吸潮特性，通過 Materials Studio仿真分析兩種納米粉末的吸潮機(jī)理，研究表明納米粉末的吸潮特性與納米粒子的結(jié)晶形態(tài)和納米粒子表面對水分子的吸附能相關(guān)，在大于20kV

5、/mm的場強(qiáng)作用下，受潮將導(dǎo)致納米復(fù)合介質(zhì)介電性能下降,80℃下24h的烘干處理可基本移除納米復(fù)合介質(zhì)吸入的潮氣并使介電性能得以恢復(fù)；
　　研究表面處理工藝對 SiO2/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)分散性，吸潮特性和直流介電性能的影響，研究表明經(jīng)六甲基二硅氮烷偶聯(lián)處理的高分散性 SiO2納米粉末較經(jīng) KH550偶聯(lián)處理的 SiO2納米粉末具有更好的分散性，對于提升 SiO2/LDPE復(fù)合介質(zhì)的電阻率，空間電荷抑制能力及直流擊穿強(qiáng)度有積極影

6、響。且高分散 SiO2具有較強(qiáng)的憎水特性。添加該種納米粉末制備的SiO2/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)可在輕微受潮的情況下，依然保持優(yōu)良的直流介電性能；
　　研究 MgO/LDPE和SiO2/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)的電導(dǎo)特性及其對直流電纜絕緣層場強(qiáng)分布的影響。直流場下，電場分布具有電導(dǎo)率依賴關(guān)系，溫度變化引起的電導(dǎo)率變化，將導(dǎo)致電場分布與溫度分布有關(guān)。同時，電導(dǎo)率與場強(qiáng)具有非線性關(guān)系，這種關(guān)系可在一定程度下平抑由于幾何結(jié)構(gòu)或溫差形成的絕緣層