纳米浓度和表面处理对MgO/PP击穿和介电谱的影响

为研究聚丙烯(PP)的绝缘特性,将经过表面处理和未经过表面处理的不同质量分数纳米氧化镁(MgO)加入PP中,组成纳米MgO/PP复合材料。观察复合材料的微观结构,并对其分别进行交流击穿实验和介电谱测试。透射电子显微镜(TEM)实验观察到,纳米MgO在PP基体中分散均匀,未经表面处理的粒子出现部分团聚现象;击穿实验表明,在研究范围内,纳米MgO的添加能提高MgO/PP复合材料的交流击穿场强,且击穿场强随着所填充纳米MgO质量分数的增加而提高,纳米颗粒的表面处理过程也能提升相应组分的击穿场强;常温下的宽频介电谱实验显示,纳米填充物的加入能降低相对介电常数,其中经过表面处理的纳米MgO/PP复合材料降低幅度更大;介电温谱图显示,在较低温度(<60℃)下,PP和纳米MgO/PP复合材料的相对介电常数会随温度上升呈而增加,同时纳米MgO/PP相对介电常数低于纯PP。

高温热处理对环氧聚合物介电松弛的影响

为了揭示热处理对环氧树脂介电松弛的影响,本文制备了环氧树脂试样,对其进行210℃/48 h的热处理,并研究热处理前后环氧树脂化学结构、玻璃化转变温度、热分解参数、体积电阻率与介电松弛的变化。结果表明:热处理并未改变环氧树脂的化学结构与热分解温度,但使其玻璃化转变温度由134℃下降至108℃。同时,热处理后试样的介电常数变大,其中高频(106 Hz)介电常数增幅较小,而低频(10^(-1) Hz)介电常数增幅明显。

柔性复合电介质GQDs/BTO/PVDF制备及介电储能性能研究

基于渗流阈值理论,采用FTIR、TEM、SEM、LCR数字电桥测试仪和铁电压电测试仪等测试技术,探讨BTO含量和纳米量子点种类对GQDs/BTO/PVDF复合体系介电性能的影响。研究结果表明:随着BTO质量分数的增加,体系的相对介电常数呈现先增后减的趋势,在BTO质量分数为10%时达到最大值290(5 kHz时),而介电损耗则呈现出先减小后增大的变化规律;由于―NH2官能团的引入,GQDs的电子结构被改变,从而提高了电荷传输效率;量子点材料的加入不仅能够维持高击穿场强,而且能提高BTO在基体中的分散性和体系的相对介电常数,GQDs-NH2/BTO/PVDF体系的介电性能优良,在5 kHz时相对介电常数达4713,有限元数值分析结果验证了介电性能的提升机理。GQDs-NH2/BTO/PVDF复合膜在210 kV/mm的外加电场下,储能密度达2.57 J/cm^(3),能量效率达78.8%。

三维钛酸铜钙/环氧树脂-氮化硼复合电介质的介电松弛行为研究

以无尘纸纤维为模板,使用溶胶-凝胶法构筑了三维钛酸铜钙(3D CCTO)陶瓷网络,然后将含有不同比例氮化硼纳米片的环氧树脂(EP-BNNS)反向引入到3D CCTO陶瓷网络中,制备了3D CCTO/EP-BNNS复合电介质材料。通过介电模量方式研究了不同温度下3D CCTO与BNNS的加入对复合电介质材料介电松弛行为的影响。结果表明反向引入EP达到饱和时,3D CCTO陶瓷网络的质量分数为34%(体积分数为9.2%),同时保持了陶瓷良好的网络结构。3D CCTO/EP-1.0BNNS复合电介质材料的介电常数在1 kHz下高达25.8,介电损耗低至0.032,分别为传统陶瓷粉末填充CCTO/EP体系的170%和89%,3D CCTO与BNNS实现了良好的协同增强效果。通过材料等温介电弛豫谱图可知,3D CCTO的加入显著提升了介质极化能力,而BNNS的加入显著抑制了体系内载流子的跃迁,降低了介电损耗。

Zn-Sn共掺杂Mg_(2)TiO_(4)微波介电陶瓷的制备与表征

本研究分别用微量Zn^(2+)与Sn^(4+)取代Mg_(2)+与Ti^(4+),通过固相反应法制备了Zn-Sn共掺杂Mg_(2)TiO_(4)微波介电陶瓷,并采用阿基米德法、XRD、SEM、EDS及网络分析仪等手段,分析了材料的基本物性和介电特性。基本物性分析结果表明,烧结温度、Zn掺杂量x、Sn掺杂量y等因素对Mg_(2)TiO_(4)的晶体结构无明显影响,烧结致密性随烧结温度的升高呈先增大后减小的趋势,其中在1300℃下烧结所得的(Zn_(0.05)Mg_(0.95))2(Sn_(0.05)Ti_(0.95))O_(4),烧结致密性最佳,达到98%。微波介电特性分析结果表明,Zn-Sn共掺杂Mg_(2)TiO_(4)的介电常数εr与品质因数Q×f值,均随烧结温度的升高而呈先增大后减小的趋势,且其谐振频率温度系数τf具有较好的稳定性,其中在1300℃下烧结所得的(Zn_(0.05)Mg_(0.95))2(Sn_(0.05)Ti_(0.95))O4,εr≈15.55,Q×f≈319690GHz,此时τf≈-52.06×10^(-6)·℃^(-1)。与前人的研究结果比较后可知,本研究制备的(Zn_(0.05)Mg_(0.95))2(Sn_(0.05)Ti_(0.95))O_(4)不仅将烧结温度大幅下降至1300℃,还能将品质因子提升至319690GHz,使其微波介电性能得到有效改善。

超低介电常数的多孔F-pSiCOH薄膜制备及其紫外固化处理

面向高性能集成电路可靠性设计要求之下,开展以硅集成电路(IC)三维集成器件超低介电常数的介电薄膜研究。采用化学气相沉积法制备了一种超低介电常数(k)值的多孔F-pSiCOH薄膜。利用傅里叶变换红外光谱测定了多孔F-pSiCOH薄膜的化学结构和化学键,并探究了紫外线辐射对多孔F-pSiCOH薄膜机械性能的影响。结果表明:纳米孔和氟原子的引入能有效地降低介电常数,使多孔F-SiCOH薄膜的k值为2.15。紫外固化处理增强了多孔F-pSiCOH薄膜的弹性模量,使多孔F-pSiCOH薄膜的弹性模量从4.84GPa增大到5.76GPa,力学性能得到优化。

P(VDF-CTFE)/DA@BTO层叠式结构复合薄膜的介电与储能特性研究

聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物在高储能密度、高脉冲储能领域具有广泛的应用前景。本文采用钛酸钡(BTO)纳米颗粒掺杂聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯(P(VDF-CTFE))溶液,采用流延法制备P(VDF-CTFE)/BTO复合薄膜,探讨了不同BTO掺杂含量对复合薄膜微观结构、介电性能、储能特性的影响;采用多巴胺(DA)改性BTO以提升BTO与聚合物基体的相容性,改善复合薄膜的介电常数和电气强度;同时利用薄膜层间“击穿阻碍效应”制备层叠式结构复合薄膜以提升薄膜的储能特性。结果表明:使用DA改性BTO质量分数为10%的P(VDF-CTFE)/DA@BTO复合薄膜作为中间层、P(VDF-CTFE)作为外层制备的PV-BT-PV层叠式三明治结构复合薄膜,介电常数达到10.44,最大电气强度为362.25kV/mm,在500kV/cm电场强度下的充放电效率达到86.63%。

介电解冻技术对肉类原料品质影响的研究进展

解冻是冷冻肉制品加工的重要单元操作,其应用效果关注的重点包括解冻时间、样品温度均匀性、汁液流失率、蒸煮损耗、新鲜度、质构特征和口感变化差异等。因此,选择适宜的技术及工艺参数最终能得到解冻品质俱佳的肉类原料产品。传统解冻技术包括空气解冻、浸泡解冻等,新型的物理场解冻包括微波解冻、射频解冻、远红外解冻和欧姆解冻等。以高频电磁波为激励源的微波和射频介电解冻方式因其操作时间短、高效等优点逐渐在冷冻肉制品加工领域得到应用。本文综述了介电解冻技术,概述其关键影响因素,探讨了介电解冻过程中肉类原料品质的变化,并对介电解冻过程中还存在的共同问题以及未来研究方向提出了新的思考。

引入非导电填料对CN9021复合材料的介电性能研究

近年来,电介质弹性体驱动器因其应变大、效率高、能量密度高、响应速度快等优点,被广泛应用于柔性机器人、抓手以及各种人工肌肉等领域,但对于提升介电弹性体驱动器的驱动性能始终是一个热门的问题。本文主要针对基于CN 9021(丙烯酸酯)的改性材料,通过添加非导电填料的方式,提高复合材料的介电性能。对加入不同重量比的填料进行介电性能测试,得到相应的实验数据,并对得到相应的数据进行分析,最后得到适合改性材料相应的填料方案,有利于后续对CN9021复合材料机电行为进行探究。

提高介电电容器能量密度的优化策略

围绕介电电容器低能量密度这一问题,本文从介电常数、剩余极化强度和击穿强度等方面,对材料、组分掺杂、电容器结构相关的复合优化策略进行了综述。选取无铅高介电常数材料,通过掺杂或形成固溶物来提高介电常数和击穿强度,降低剩余极化;采用多层陶瓷电容器结构,制备数量更多更薄的介电层,优化内电极的结构以及改善介电层与内电极间的界面,提高介电电容器能量密度。

纳米钛酸钡对CN9021NS介电弹性体致动器介电性能的优化

将高介电材料钛酸钡颗粒(BaTiO_(3))掺入到聚氨酯-丙烯酸酯(CN9021NS)中以提高复合材料介电性能;研究了BaTiO_(3)用量对聚氨酯-丙烯酸酯介电性能的影响。结果表明,掺入BaTiO_(3)可有效提高复合材料介电常数,还可有效减小致动器能量损耗;这一成果可有效提高各类软体机器人的机电性能。

基于频域介电谱曲线分解的氧化锌避雷器老化状态评估

氧化锌避雷器是电力系统的重要组成设备,其老化状态直接关系到对过电压的防护效果,开展氧化锌避雷器的老化状态评估具有重要意义。该文针对氧化锌避雷器内部不均匀老化分布,提出一种基于频域介电谱曲线分解的氧化锌避雷器老化状态评估方法。首先,通过构建氧化锌避雷器介电响应等效电路,研究了氧化锌避雷器频域介电谱分解方法,根据整支避雷器频域介电谱分解可以得到避雷器内部各区域氧化锌阀片的频域介电曲线;其次,利用Havriliak-Negami方程对氧化锌阀片频域介电谱特征参数进行了提取,基于极限学习机建立了氧化锌阀片老化状态评估模型,提出氧化锌避雷器老化评估方法流程;最后,通过多重雷击模拟实验,制备了不同老化状态的氧化锌阀片与避雷器实物样本,对所提老化评估方法进行了分析与验证。结果表明,整支避雷器频域介电谱分解与测试结果的平均误差小于3%,所提方法能够有效地对避雷器频域介电谱进行分解并获取各区域的频域介电谱;针对整支避雷器,该文所提方法对各区域老化状态的评估准确率为93.3%,能够有效地对避雷器进行老化评估。

高频变压器介电损耗特性研究

环氧树脂(Epoxy,EP)因其电击穿强度高、化学性能稳定等优良性能,在电气绝缘领域得到了广泛的应用,是电力设备绝缘件的重要构成材料。然而,EP的介电响应与固态变压器介电损耗之间的关系尚不清楚这给材料选择和绝缘设计带来了很大的困难。本文作者采用甲基四氢苯酐(Methyl tetrahydrophthalic anhydride,MeTHPA),制备了EP/MeTHPA环氧/酸酐体系复合材料,表征了其宽温宽频介电响应性能,利用Havriliak-Negami方程进行最小二乘法拟合,解构典型相态下环氧树脂的复介电常数频谱,明确了典型相态下环氧树脂的介电松弛过程,获取了介电松弛特征参数,并对不同介电松弛过程的温度特性进行探究。为高频变压器用环氧树脂材料的筛选提供了有力支持。

(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_(3)-(Ca_(0.5)Sm_(0.5))(Mg_(0.5)Nb_(0.5))O_(3)铁电陶瓷的光致介电响应与光致发光

介电常数在光照下发生改变的特性可用于开发新型光控器件。采用传统固相烧结法制备了不同物质的量比的(1-x)(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_(3-x)(Ca_(0.5)Sm_(0.5))(Mg_(0.5)Nb_(0.5))O_(3)(KNN-x CSMN,0.02≤x≤0.06)陶瓷,研究了其结构与光致介电响应行为。引入CSMN组分后,陶瓷的相结构由正交相转变为赝立方相,晶粒尺寸明显减小。在365 nm波长的光照下观察到明显的光致介电响应,并在x=0.03和测试频率为80 Hz时陶瓷具有高达约249%的介电可调率。弥散指数从1.43增加到1.82表明其弛豫行为增强,光学带隙从3.00 eV降低到2.36 eV。在406 nm波长的光激发下陶瓷的光致发射光谱显示出强烈的橙红色发射。同时,在光的开与关状态下其电容值呈现出可逆的开关特性,电容比约为3.5。这些结果有助于探索新型非接触式器件,如光调电容式传感器、光开关。

外延Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_(3)铁电薄膜的制备及介电储能性能

利用偏轴磁控溅射技术,在(001)LaAlO_(3)单晶衬底上构架了Pt/Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_(3)(BST)/La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3)(LSCO)铁电电容器,研究了BST薄膜的结构与形貌、介电、漏电和储能性能。结果表明:BST薄膜为外延结构生长,表面光滑致密,其均方根粗糙度为1.228 nm。Pt/BST/LSCO电容器具有优异的介电性能,100 kHz频率下调谐率和最大损耗分别为73.73%和0.078,漏电流密度较低(106 A/cm^(2)量级)。此外,BST薄膜展现了良好的储能特性及温度稳定性,在10 kHz频率和2000 kV/cm外加场强下,其室温总储能密度、有效储能密度和储能效率分别为27.01 J/cm^(3)、16.03 J/cm^(3)和59.4%;在1200 kV/cm外加场强下,温度为105℃时储能效率可高达72.2%,这主要归因于较高温度促进了离子的热运动,从而有效提升了储能效率。

力热应力下电缆绝缘用乙丙橡胶的介电谱研究

采煤机拖拽电缆在实际运行中常受到电、热、机械应力的共同作用,致使其绝缘性能变差。为了能掌握力热应力同时作用下采煤机拖拽电缆用乙丙橡胶绝缘的性能,文中测量了挤压力与温度作用下乙丙橡胶的介电频谱,并研究了其复介电常数和复电导率实部受温度和挤压力的影响规律。随后用Havriliak-Negami函数拟合了复介电常数虚部频谱,并提取了函数模型的特征参数,分析了特征参数与温度和挤压力的关系。结果表明:乙丙橡胶绝缘的复介电常数和复电导率实部不仅与温度和频率密切相关,复介电常数还与挤压力相关,而复电导率实部与挤压力负相关。乙丙橡胶绝缘的复介电常数虚部频谱满足Havriliak-Negami函数,分析特征参数可得出,温度对直流电导率的影响和挤压力对损耗强度的影响是造成乙丙橡胶绝缘复介电常数变化的原因。

遥爪型聚丙二醇熔体动力学的宽频介电谱研究

性能优异的聚合物电解质需要兼具较高的离子电导率和良好的机械性能.深入理解聚合物的结构和分子动力学及其与材料宏观性能之间的关系,对于从分子尺度设计高性能聚合物电解质至关重要.本文选取玻璃化转变温度低、氢键缔合基团位于链端的非晶遥爪型聚丙二醇模型体系,通过化学修饰端基合成了分子量为1000,2000和4000的两端端基均为烯丙基的聚丙二醇,并利用宽频介电谱研究了链端基团相互作用强度及分子量对聚丙二醇多尺度动力行为的影响.实验结果表明,具有两种不同端基的聚丙二醇均出现了对应链段尺度的α松弛和对应整链尺度的Normal Mode松弛.在相同温度下,端基相互作用会同时影响两个松弛过程,相互作用越强,松弛时间越长.由于端基含量随分子量减小而增加,分子量越小,缔合端基对高分子动力学的影响越明显.此外,利用高分子玻璃化熵理论研究了端基缔合强度和分子量对遥爪型高分子熔体链段动力学的影响,理论预测与实验结果定性一致.研究结果为聚合物电解质的分子设计提供了指导.

基于SRGAN的介电材料缺陷微波检测图像稀疏重建

介电材料在制造与服役过程中,可能由于制造瑕疵或复杂的服役环境,会出现脱黏、分层、材料损失等缺陷。微波无损检测是评估介电材料结构完整性的有效手段,但高分辨率成像需求与数据处理难度、检测效率之间的矛盾亟待解决。图像稀疏重建算法为解决此问题提供了可能,其中SRGAN(Super-resolution generative adversarial network)模型在稀疏重建方面表现优异。采用SRGAN进行微波成像稀疏重建,并针对微波图像的特性对SRGAN网络进行了改进,通过对比分析验证了改进后的算法在介电材料缺陷稀疏重建中的有效性。试验结果表明,改进后的SRGAN能够显著提高微波图像成像质量,准确还原缺陷细节,为介电材料结构的安全评估和使用寿命预测提供了有力支持。

原子层沉积方法制备高性能Al_(2)O_(3)介电材料教学设计

随着微电子技术向纳米尺度迈进,高性能介电材料的开发成为提升集成电路性能的关键。原子层沉积(Atomic Layer Deposition,ALD)技术以其卓越的薄膜均匀性、精确的厚度控制和良好的界面特性,在制备高性能Al_(2)O_(3)介电材料方面展现出巨大潜力。本文针对微电子科学与工程和集成电路等相关专业,设计了ALD方法制备高性能Al_(2)O_(3)介电材料的教学内容,通过介绍ALD沉积技术原理、Al_(2)O_(3)介电薄膜相关知识、实验操作流程,Al_(2)O_(3)介电薄膜的表征与分析等过程设计,旨在培养和提高学生的实践能力和创新能力。

基于SDR的探测雷达反演树干分层介电参数仿真

为有效检测树干分层介质厚度和相对介电常数,该研究提出一种基于雷达探测的树干分层结构介电参数反演方法。基于斯涅耳定律结合树干生理结构特点,构建雷达信号在树干分层结构中的传播模型。利用软件定义无线电平台(software defined radio,SDR)搭建树干探测雷达。然后采用稀疏分解算法、K-SVD字典训练以及层剥离算法对探测雷达回波信号进行参数反演,并对不同的稀疏分解算法反演结果进行了对比。试验表明在回波混叠和无混叠的情况下,该方法均能够对树干分层介质厚度和相对介电常数进行估算;无混叠时相对介电常数和厚度的反演误差分别在2.93%和3.5%以内,混叠时相对介电常数和厚度的反演误差分别在7.52%和7.61%以内。综合试验结果表明,在5种反演算法中,SAMP算法在未知信号稀疏度的条件下表现最佳,具有较高的反演准确率和鲁棒性。