Fe3O4纳米粒子的制备、表征及其在变压器油中的分散性

摘要

变压器油作为重要的液体绝缘介质，提高其绝缘性能对于变压器的稳定运行和整个电网的安全至关重要。纳米四氧化三铁在提高变压器油的绝缘性能方面已显示了很大的潜力，目前国内外研究主要集中在四氧化三铁纳米变压器油宏观绝缘性能和改性机理方面，对四氧化三铁纳米变压器油的电导特性和分散稳定性的研究较少。因此，本文研究了四氧化三铁纳米粒子的制备与尺寸调控方法，以具有良好击穿特性的纳米变压器油为对象，研究了纳米粒子浓度和温度对其电导率的影响规律，并在交流电场作用下测试分析了四氧化三铁纳米变压器油的分散稳定性。
　　本文采用溶剂热法和热分解法制备四氧化三铁纳米粒子，利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)表征产物的晶型和形貌。主要研究了修饰剂用量、反应时间、反应物配比等因素对产物形貌的影响。制备出了平均粒径在6-40nm的立方形和球形纳米粒子。结果发现:十二胺在溶剂热反应既做反应溶剂又做修饰剂，油酸修饰剂的添加使四氧化三铁纳米晶粒由球形变为立方形，其用量的增加促进了四氧化三铁粒径的增大。在三辛胺热分解体系中，随着反应时间的延长，制备出了平均粒径在20-40nm的球形纳米粒子。
　　利用所得四氧化三铁纳米粒子改性变压器油，测试分析了纳米变压器油的击穿强度，研究了具有良好击穿强度纳米变压器油的电导特性。结果表明:温度和纳米粒子浓度对纳米变压器油的电导率有显著影响，当纳米粒子体积浓度为0.40‰时，纳米变压器油的室温电导率增加到纯油的289倍，80℃时则达到纯油的348倍。为了解释这一现象，我们采用现有纳米流体电导率模型分析测量值，结果发现该模型在低浓度（0.05‰和0.10‰）时与测量值相吻合，但随着纳米粒子浓度的增加和温度的升高，计算值与测量值的偏差较大。通过测试分析纳米粒子在变压器油中粒度的变化情况，引入纳米粒子油中粒度替代固体纳米粒子的原始粒径，改进了电泳电导的计算公式，显著提高了模型预测纳米变压器油电导率的准确性。
　　最后，在交流电场作用下初步测试分析了四氧化三铁纳米变压器油的分散稳定性。结果发现:在交流电场作用下，油中四氧化三铁纳米粒子的粒度随加压时间逐渐增大，在加压45h后增大到未加压纳米油样的1.8倍，这可能是由于交流电场作用下纳米粒子在两极间频繁迁移，碰撞几率增大和表面电荷发生改变导致的。

目录

声明

摘要

1．1 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 纳米Fe3O4的制备

1．2．2 纳米Fe3O4对变压器油的改性

1．3 纳米流体的分散稳定性

1．3．1 分散稳定机制

1．3．2 分散稳定性的表征

1．4 本论文的研究内容

第2章 Fe3O4纳米粒子的制备

2．2．1 实验试剂和仪器

2．2．2 表征方法

2．2．3 制备过程

2．3 结果与讨论

2．3．1 产物的成分分析

2．3．2 产物的形貌分析

2．4 小结

第3章 Fe3O4纳米变压器油的击穿特性

3．1 引言

3．2 实验方法

3．2．1 纳米变压器油的制备方法

3．2．2 纳米变压器油的击穿测试方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 溶剂热产物

3．3．2 热分解产物

3．4 本章小结

第4章 Fe3O4纳米变压器油的电导特性

4．1 引言

4．2 实验方法

4．2．1 纳米变压器油的制备

4．2．2 电导率的测试

4．2．3 Zeta电位的测试

4．2．4 紫外吸光度的测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 纳米变压器油的电导率

4．3．2 现有的电导率模型

4．4 小结

5．1 引言

5．2 实验方法

5．3 纳米变压器油的分散稳定性

5．3．1 纳米粒子的粒径

5．3．2 纳米粒子的Zeta电位

5．3．3 纳米粒子的紫外吸光度

5．4 小结

第6章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢