纳米添加物的粒径对聚合物纳米复合介质电荷输运特性的影响

摘要

s无机纳米/聚合物复合材料在宏观上表现出区别于普通聚合物介质的特殊性能,特别是在光、电、磁和热等方面展示出广阔的应用前景,已成为材料科学中的一个令人关注的研究方向。当前,在电气绝缘领域,多数学者主要以交联聚乙烯与低密度聚乙烯等为基础材料,进行不同浓度及不同种类无机纳米复合材料的各种介电特性的初步研究。但是,从研究的深度和广度方面来讲,对聚合物纳米复合材料的介电性能的研究仅停留在不同种类的添加剂上,对相同种类不同粒径以及含有不同表面处理剂的纳米微粒形成的复合介质的介电性能的研究还少有相关报道。本文采用LDPE作为基料,以亲水性与疏水性两种表面处理剂下的7种不同粒径SiO2纳米颗粒作为添加剂制备复合介质试样。以电声脉冲法(Pulsed Electro-acoustic Method)进行了复合材料空间电荷分布的测量,研究表明浓度增大后,各粒径对空间电荷的抑制效果较好;进行了交流、直流正极性与负极性击穿试验,并用Weibull分布对试验结果进行了统计分析,试验结果表明不同表面处理对复合介质的击穿场强的影响较大,且亲水性纳米SiO2/LDPE复合介质的击穿场强普遍比疏水性纳米SiO2/LDPE复合介质的击穿场强低;采用强场电导测试系统进行了高场下的电导测试,结果表明2wt％浓度下,各试样高场电导率随粒径增大而逐渐增大;最后,以Agilent公司生产的宽频介电谱仪进行了复合材料介电谱的研究,研究表明各试样的介电常数相差不大,其中以7nm/2wt%复合介质的介电常数最小。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 纳米材料

1.1.1 纳米材料的发展

1.1.2 纳米材料的特性

1.2 聚合物纳米复合介质

1.3 聚合物纳米复合介质的研究现状

1.3.1 无机纳米/聚合物复合介质介电性能的研究

1.3.2 无机纳米/聚合物复合介质研究中存在的问题

1.4 本文的主要工作

第二章 纳米粒子粒径对聚合物纳米复合介质空间电荷的影响

2.1 空间电荷测量试验

2.1.1 空间电荷分布测试技术简介

2.1.2 空间电荷测量及样品制备方法

2.2 亲水性聚合物纳米复合介质内空间电荷的分布

2.2.1 加压下不同粒径SiO_2/LDPE复合介质内空间电荷分布

2.2.2 短路时不同粒径SiO_2/LDPE复合介质内空间电荷分布

2.3 疏水性聚合物纳米复合介质内空间电荷的分布

2.3.1 加压下不同粒径SiO_2/LDPE复合介质内空间电荷分布

2.3.2 短路时不同粒径SiO_2/LDPE复合介质内空间电荷分布

2.4 纳米粒子表面处理剂对聚合物纳米复合介质短路时平均电荷密度的影响

2.5 本章小结

第三章 纳米粒子粒径对聚合物纳米复合介质击穿强度的影响

3.1 击穿试验

3.1.1 实验方法

3.1.2 Weibull分布

3.2 纳米粒子粒径对聚合物纳米复合介质交流击穿强度的影响

3.2.1 亲水性纳米粒子对聚合物纳米复合介质交流击穿强度的影响

3.2.2 疏水性纳米粒子对聚合物纳米复合介质交流击穿强度的影响

3.3 纳米粒子粒径对聚合物纳米复合介质正极性直流击穿强度的影响

3.3.1 亲水性纳米粒子对聚合物纳米复合介质正极性直流击穿强度的影响

3.3.2 疏水性纳米粒子对聚合物纳米复合介质正极性直流击穿强度的影响

3.4 纳米粒子粒径对聚合物纳米复合介质负极性直流击穿强度的影响

3.4.1 亲水性纳米粒子对聚合物纳米复合介质负极性直流击穿强度的影响

3.4.2 疏水性纳米粒子对聚合物纳米复合介质负极性直流击穿强度的影响

3.5 纳米粒子表面处理剂对聚合物纳米复合介质击穿场强的影响

3.6 本章小结

第四章 纳米粒子粒径对聚合物纳米复合介质高场电导的影响

4.1 强场电导测试系统

4.2 亲水性聚合物纳米复合介质强场电导测试

4.2.1 不同粒径SiO_2/LDPE复合介质强场电导测试

4.2.2 不同浓度SiO_2/LDPE复合介质强场电导测试

4.3 疏水性聚合物纳米复合介质强场电导测试

4.3.1 不同粒径SiO_2/LDPE复合介质强场电导测试

4.3.2 不同浓度SiO_2/LDPE复合介质强场电导测试

4.4 纳米粒子表面处理剂对聚合物纳米复合介质强场电导的影响

4.5 本章小结

第五章 纳米粒子粒径对聚合物纳米复合介质介电谱的影响

5.1 聚合物纳米复合介质在电场下的极化

5.2 介电谱试验

5.3 亲水性聚合物纳米复合介质的介电谱

5.3.1 不同粒径SiO_2/LDPE复合介质介电常数与介质损耗分布

5.3.2 不同浓度SiO_2/LDPE复合介质介电常数与介质损耗分布

5.4 疏水性聚合物纳米复合介质的介电谱

5.4.1 不同粒径SiO_2/LDPE复合介质介电常数与介质损耗分布

5.4.2 不同浓度SiO_2/LDPE复合介质介电常数与介质损耗分布

5.5 纳米粒子表面处理剂对聚合物纳米复合介质介电谱的影响

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文