表层分子结构与纳米调控聚酰亚胺薄膜表面及空间电荷特性研究

摘要

聚酰亚胺作为一种特种工程材料，被广泛应用于特高压电抗器、风力发电机、高速牵引电机等绕组绝缘材料，并在航空航天及微电子等领域有广泛的应用。但由于其作为有机物自身的缺陷，耐电性能不高，使用中过早击穿现象频发。绕组绝缘材料长期处于高温、高压、电晕与局部放电共同作用的复杂环境，导致电荷在绝缘内部迁移，在绝缘局部导致电荷累积，产生局部高场强，引起绝缘破坏及加速老化。表面和空间电荷的注入、积聚和运动规律，是材料的重要物理特性。本文研究了表层分子结构与纳米调控聚酰亚胺薄膜的表面及空间电荷动态特性，主要研究工作和取得的成果如下：
　　（1）利用两步法制备了未添加纳米颗粒的聚酰亚胺薄膜，并通过原位聚合法制备了纳米Al2O3质量分数分别为1 wt％、3 wt%、5 wt%、7 wt%的纳米复合聚酰亚胺薄膜，通过扫描电子显微镜对纳米颗粒分散情况进行观测，测试了不同纳米颗粒含量试样的介电常数，得到了纳米颗粒对聚酰亚胺薄膜介电常数的影响规律。
　　（2）利用搭建的表层分子结构调控系统对添加和未添加纳米颗粒的聚酰亚胺薄膜进行不同反应时间下的表层分子结构调控处理，并对调控后试样的化学结构特性、微观形貌特征、元素组成以及介电常数等性能进行分析，得到了表层分子结构与纳米调控对试样化学结构和形貌特征及介电常数的影响规律。
　　（3）对直流电压作用下针板电极间的试样表面电荷动态特性进行分析研究，得到了表层分子结构调控以及纳米颗粒质量分数对试样表面电荷积聚、消散特性的影响规律，总结了表层分子结构调控及纳米调控对聚酰亚胺陷阱能级分布的影响规律，并采用固体能级分布及表面电子态理论解释了影响表面电荷动态特性的原因及运动方式。
　　（4）通过表层分子结构调控反应时间对多层叠加试样空间电荷分布、内部电场强度及注入电荷量的分析，得到了多层叠加聚酰亚胺薄膜内空间电荷的分布特性。通过对试样电导率的测试，得到了表层分子结构调控反应时间对聚酰亚胺电导率的影响规律。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2聚酰亚胺及其纳米复合薄膜研究现状

1.3本文的主要内容

第二章 聚酰亚胺薄膜制备与试验方法

2.1引言

2.2聚酰亚胺薄膜试样制备

2.3表面电荷动态特性实验安排

2.4空间电荷动态特性实验安排

2.5本章小结

第三章 聚酰亚胺薄膜结构与性能表征

3.1引言

3.2表层分子结构调控聚酰亚胺薄膜表层化学结构特性

3.3纳米与表层分子结构调控聚酰亚胺形貌特性

3.4纳米与表层分子结构调控聚酰亚胺介电常数

3.5本章小结

第四章 表层分子结构调控聚酰亚胺表面电荷动态特性研究

4.1引言

4.2实验数据处理方法

4.3实验结果及讨论

4.4本章小结

第五章 纳米与表层分子结构调控聚酰亚胺表面电荷动态特性

5.1引言

5.2纳米与表层分子结构调控对聚酰亚胺薄膜表面电荷动态特性影响

5.3表层调控时间对耐电晕聚酰亚胺薄膜表面电荷动态特性影响研究

5.4本章小结

第六章 表层分子结构调控聚酰亚胺空间电荷特性研究

6.1引言

6.2多层叠加试样空间电荷分布特性

6.3表层分子结构调控对电场强度分布及电荷量的影响

6.4本章小结

第七章 结论

7.1结论

7.2后续工作展望

参考文献

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