纳米SiC及等离子体处理纳米颗粒LDPE复合绝缘材料介电特性

摘要

利用熔融共混法制得不同质量份数的纳米SiC/低密度聚乙烯（LDPE）复合材料，研究了添加纳米SiC颗粒对LDPE介电性能的影响。通过SEM观测了纳米颗粒的分散状态，结果表明，纳米SiC颗粒能够均匀地分散在低密度聚乙烯材料中，未出现较大的团聚现象。利用电声脉冲法（PEA）测得40 kV/mm场强作用下样品内部的空间电荷分布情况。测试结果表明，质量份数为0.5wt％，2wt%和3wt%的复合材料空间电荷注入量明显低于LDPE样品。短路10s后的残留空间电荷体密度远小于LDPE样品的1.49C/m3。纳米SiC/LDPE复合材料的空间电荷注入量与材料的电导率均随着纳米SiC掺量的增加而减少。质量份数3wt%的纳米SiC/LDPE复合材料电导率非线性系数分别为2.6，远小于LDPE样品的4.3。通过热刺激电流（TSC）图谱的对比，进一步验证纳米SiC添加能够提高LDPE样品中的陷阱浓度。我们认为纳米SiC/LDPE样品内部制造大量的陷阱，抑制了载流子在材料内部的输运，从而阻碍了空间电荷的迁移和积聚。
　　为了进一步探究纳米复合介质界面元素变化对空间电荷抑制能力的影响，我们对优选的纳米SiC、MgO、SiO2颗粒进行等离子气氛改性，并制成质量分数为1wt%的纳米复合介质。经过 X射线光电子能谱分析和电声脉冲法实验结果发现，经过O2等离子气氛表面处理无机粉体的SiC/LDPE纳米复合介质的C-O键和经过H2O等离子气氛处理的Si-O键含量分别有22%和19.4%的提高，空间电荷抑制能力降低。猜测是因为粒子之间由于C-O-C和Si-O-Si键的联系，使得一定量的纳米颗粒出现团聚现象；而经过O2和H2O等离子气氛处理的MgO/LDPE纳米复合介质的O-H键数量分别为14.8%和15.96%，而且空间电荷抑制能力增强。猜测是因为羟基为极性基团，在纳米粒子表面形成了深陷阱，同时这种同极性基团增强了纳米粒子之间的斥力作用，使得纳米颗粒的分散性变好；虽然SiO2/LDPE纳米复合介质的Si-O键稍有增多，但空间电荷抑制能力变强。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3本论文的主要研究内容

第2章 聚合物介电性能探究的实验理论

2.1实验材料及样品制备

2.2空间电荷实验理论

2.3热刺激电流实验

2.4等离子气氛处理实验

2.5 X射线光电子能谱分析

2.6电导及介电强度实验

2.7本章小结

第3章 SiC/LDPE纳米复合介质实验结果分析

3.1空间电荷特性实验结果分析

3.2电导特性实验结果分析

3.3热刺激电流谱实验结果分析

3.4耐电强度实验结果分析

3.5本章总结

第4章 等离子气氛处理纳米粒子对介质介电性能影响

4.1对纳米粉末等离子气氛处理对复合介质介电性能的影响

4.2等离子气氛处理对SiC/LDPE纳米复合材料介电性能影响

4.3等离子气氛处理对MgO/LDPE纳米复合材料介电性能影响

4.4等离子气氛处理对SiO2/LDPE纳米复合材料介电性能影

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢