伽玛辐照对环氧基纳米复合材料绝缘性能的影响研究

摘要

近年来，随着核电的快速发展，核电系统的绝缘安全得到了广泛的关注。聚合物基纳米复合材料凭借其优异的绝缘性能，在核电领域展现出广阔的应用前景，其在辐射环境中的绝缘老化机理值得关注。本文制备了环氧基纳米复合材料，采用钴-60伽玛射线源对其进行辐照处理，研究了伽玛辐照累积剂量对复合材料的陷阱分布特征、载流子迁移率和耐局部放电侵蚀性能的影响，开展的主要工作如下： 1. 选取双酚A型环氧树脂（Epoxy, EP），以低分子量聚酰胺为固化剂、经钛酸酯偶联剂处理过的平均粒径为60 nm的α-Al2O3为填料，采用机械共混法制备EP/Al2O3纳米复合材料试样，纳米颗粒含量分别为0 wt%、1 wt%、3 wt%和5 wt%。采用 60Co伽玛射线源辐射试样，总辐射量分别为0 kGy、100 kGy、500 kGy和1000 kGy。采用高低频介电常数测试仪及差示扫描量热法探究纳米复合材料物理、化学结构变化规律。结果表明，随着总辐照剂量从0 kGy增加至1000 kGy， Tg逐渐增大，表明EP/Al2O3纳米复合材料体系的三维网状结构逐渐增强。 2. 通过不同极性高压直流电晕向材料表面注入电荷，采用表面电位衰减法分析材料的陷阱能级分布、载流子迁移率等参数。结果表明：随着总辐照剂量从0 kGy增加到1000 kGy，试样的陷阱中心能级深度先变深后变浅，载流子迁移率先下降后升高。纳米颗粒含量的增加使试样陷阱中心能级先变深后变浅、载流子迁移率先下降后升高。 3. 采用棒-板电极系统引发局部放电对EP/Al2O3复合材料试样的耐局部放电侵蚀能力进行评估。通过3D轮廓仪测量样品的最大侵蚀深度、平均粗糙度等参数，评估纳米Al2O3颗粒含量以及伽玛线辐照累积剂量对试样耐局部放电侵蚀能力的影响。结果表明：随着累积辐照剂量从0 kGy增加到1000 kGy，试样的耐局部放电侵蚀能力先增强后减弱，纳米颗粒含量的增加使试样的耐局部放电侵蚀能力增强后减弱。

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ABSTRACT

1.2.1 纳米复合电介质研究现状

1.2.2 γ线辐照对聚合物材料绝缘性能影响

2.1.1 实验材料与实验设备

2.1.2 实验样品制备方法与制备流程

2.3.1 纳米颗粒分散性检测

2.3.2 EP/Al2O3复合材料介电常数的测量

普遍认为在聚合物/无机微、纳米复合电介质中，聚合物基体、无机颗粒以及界面区域三部分的电学性质是完全不

2.3.3 试样的差示扫描量热分析

3.2.1 陷阱能级分布

3.2.2 载流子迁移率

3.4.1 表面电位与衰减时间的关系

3.4.2 辐照剂量对EP/Al2O3复合材料电荷输运参数的影响

第4章 γ线辐照对EP/Al2O3纳米复合材料耐局部放电侵蚀能力的影响

4.3.1 试样表面侵蚀形貌分析

4.3.2 试样表面侵蚀深度分析

4.3.3 平均表面粗糙度分析

第5章 结论