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    宣城晶瑞新材料有限公司

    專業從事納米新材料技術研究、生產以及應用的企業

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    納米氧化鋁對硅橡膠空間電荷特性的影響

     

    眾所周知 ,空間電荷的積聚、轉移和消失會直接導致電介質內部電場分布的改變 ,對介質內部的局部電場起到削弱或加強的作用。由于空間電荷對電場的這種畸變作用 ,空間電荷對絕緣材料的電導、擊穿破壞、老化等各方面的電特性都有明顯的影響。研究表明在聚合物中添加納米粒子可以提高基體抗老化的能力并延長基體的絕緣壽命,納米氧化鋁可以提高硅橡膠材料的耐漏電起痕特性 ,這在電力系統戶外絕緣的應用中得到了廣泛的證明。但作為內絕緣材料 ,其電氣特性的研究目前還遠遠不能滿足設備可靠性的要求 ,尤其對其空間電荷特性更

    是鮮有研究。

     

    用納米氧化鋁粒子為α相 , 純度為 99.9 % ,粒徑為40 nm ,比表面積為 60 m2 / g。為保證納米粒子能夠較為均勻地分散在硅橡膠基體中,選用硬脂酸對納米氧化鋁粒子進行表面處理 ,使其具有親油特性 ,有助于避免納米氧化鋁粒子的團聚現象 ,使其更易于在硅橡膠基體中分散。將一定質量的液體硅橡膠基體與所需質量份數的納米氧化鋁粒子在動力混合機上實現均勻分散 ,制備納米氧化鋁質量份數不同的硅橡膠試品。

    img1

    img2

    根據不同場強及其作用時間下空間電荷積聚和消散的規律 ,本文選擇 30 kV/ mm 的場強作用下納米氧化鋁改性硅橡膠的空間電荷特性為例 ,測量該場強下極化 30 min 內空間電荷的積聚規律 ,以及撤壓短路后測量去極化 10 min 內空間電荷的消散規律 ,進行空間電荷積聚和消散特性研究圖1和圖2分別給出了未添加和添加5份納米氧化鋁的硅橡膠試品 ,在30 kV/ mm 直流電場下, 極化 30 min 內空間電荷的積聚過程。圖 1、2 中 ,試品與電極界面上的空間電荷峰主要是界面上的感應電荷 ,其峰寬及高度的變化反映的是空間電荷在電極附近的試品內積聚的程度。

    加壓過程中 ,空間電荷積聚隨極化時間變化不大 ,但有展寬趨勢 ,如圖 1 所示。陽極附近介質中出現負電荷的積聚 ,此空間電荷源于偶極基團極化。將試品厚度折算至同一值 ,可得添加不同質量份數納米氧化鋁的硅橡膠試品在 30 kV/ mm 直流電場下極化 30 min 時的空間電荷分布 ,如圖3 所示。由圖3可知 ,隨著納米氧化鋁質量份數的增加 ,空間電荷的注入量顯著增大 ,陽極附近尤為明顯。

    img3

    試驗結果表明隨著納米氧化鋁質量份數的提高 ,相同外加場強下 ,硅橡膠試品的空間電荷積聚量增加 ,撤壓后消散也更為迅速 , 遷移率隨納米氧化鋁質量份數的提高而增大 ,陷阱深度則隨之逐漸減小。分析認為 ,空間電荷特性隨著納米氧化鋁質量份數的增加而呈現變化歸因于納米界面效應導致的陷阱能級分裂 ,淺陷阱密度增大 ,從而使得硅橡膠中空間電荷積聚量減少 ,消散更為迅速.

     

     

     

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