MgO/LDPE与SiO2/LDPE纳米复合介质直流介电性能影响因素研究
界面是决定纳米复合介质介电性能优劣的关键因素之一。弄清纳米复合介质中是否存在界面荷电现象，找到纳米粒子本身的结晶行为，表面分子结构及其电化学特性差异与纳米复合介质界面荷电现象、吸潮特性及介电性能改善能力之间的联系具有科学研究意义和工程应用价值。本文以氧化镁(magnesium oxide，MgO)/低密度聚乙烯(low density polyethylene，LDPE)和二氧化硅(silica，SiO2)/LDPE纳米复合介质做为研究对象，以找到影响纳米复合介质介电性能的主要因素为目标，开展了以下几个方面的工作： 研究纳米MgO和纳米SiO2的结晶行为，表面分子结构及电化学特性等特征，了解两种纳米粒子的物理化学特性差异，用以分析纳米粒子表面荷电层的形成机理； 应用Zeta电势测试技术测试纳米 MgO和纳米 SiO2粒子在聚乙烯石蜡中的Zeta电势。应用静电力显微镜测试MgO/LDPE和SiO2/LDPE中的界面荷电现象。基于 Porod理论，应用同步辐射小角 X射线散射研究MgO/LDPE和SiO2/LDPE的界面荷电现象。综合三种试验结果后发现，SiO2/LDPE纳米复合介质中存在界面荷电层，而 MgO/LDPE中无明显的界面荷电层； 研究纳米MgO和纳米SiO2物性差异与纳米复合介质界面荷电行为之间的联系，研究纳米复合介质界面荷电层的形成机理。研究发现纳米复合介质中界面荷电层的极性与纳米粒子的等电点相关，荷电层的带电量与纳米粒子/聚乙烯石蜡混合系的 Zeta电势值相关；试验还发现，具有荷电层的SiO2/LDPE纳米复合介质比无界面荷电层的 MgO/LDPE纳米复合介质具有更强的直流介电性能改善能力； 研究受潮对 MgO/LDPE和SiO2/LDPE纳米复合介质介电性能的影响，研究纳米 MgO和纳米 SiO2粉末的吸潮特性，通过 Materials Studio仿真分析两种纳米粉末的吸潮机理，研究表明纳米粉末的吸潮特性与纳米粒子的结晶形态和纳米粒子表面对水分子的吸附能相关，在大于20kV/mm的场强作用下，受潮将导致纳米复合介质介电性能下降,80℃下24h的烘干处理可基本移除纳米复合介质吸入的潮气并使介电性能得以恢复； 研究表面处理工艺对 SiO2/LDPE纳米复合介质分散性，吸潮特性和直流介电性能的影响，研究表明经六甲基二硅氮烷偶联处理的高分散性 SiO2纳米粉末较经 KH550偶联处理的 SiO2纳米粉末具有更好的分散性，对于提升 SiO2/LDPE复合介质的电阻率，空间电荷抑制能力及直流击穿强度有积极影响。且高分散 SiO2具有较强的憎水特性。添加该种纳米粉末制备的SiO2/LDPE纳米复合介质可在轻微受潮的情况下，依然保持优良的直流介电性能； 研究 MgO/LDPE和SiO2/LDPE纳米复合介质的电导特性及其对直流电缆绝缘层场强分布的影响。直流场下，电场分布具有电导率依赖关系，温度变化引起的电导率变化，将导致电场分布与温度分布有关。同时，电导率与场强具有非线性关系，这种关系可在一定程度下平抑由于几何结构或温差形成的绝缘层内部场强不均匀性。纳米复合材料体系，具备较小的温度系数和较大的场强系数，可在绝缘层温差较大的情形下，依然维持绝缘层内场强分布较为均匀。
纳米复合介质;界面电荷;介电性能;电化学特性
哈尔滨理工大学
博士
电气工程、高电压与绝缘技术
王暄
2015
中文
TB332;TB383
102
2016-01-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）