直流和方波电压下有机半导电小分子/硅弹性体纳米复合材料的高温空间电荷特性

为了研究硅弹性体(SE)在直流和不同频率方波电压下的150℃高温空间电荷特性,并且抑制其在高温高电场下的空间电荷注入和积聚,该文通过纳米笼型倍半硅氧烷(POSS)接枝和有机半导电小分子(NTCDA)掺杂制备了NTCDA/SE纳米复合材料,研究了纯SE及其复合材料在不同电压类型、频率、温度和电场强度下的空间电荷特性,对材料进行了微观形貌表征以及热重分析,结合量子化学计算探究了高温和高频电场下材料的电荷输运机制。结果表明:在150℃和20 kV/mm直流或方波电场下,纯SE的体内和电极附近均存在大量负极性电荷积聚,导致阳极附近电场严重畸变;而复合材料的阴极附近仅存在少量负极性电荷积聚,整体电场分布较为均匀且略高于外施电场,其平均电荷密度和注入深度相比于纯SE分别降低一半和一个数量级;负极性电荷的注入深度和积聚量随着温度或外施电场强度的增大而增加,但随着方波频率的升高而减小;纳米POSS接枝产生了纳米结构,提升了复合材料的热稳定性,强化了高温下的分子结构,高电子亲和能的NTCDA掺杂引入了更多且更深的电子陷阱,提升了电极/聚合物界面的电子捕获能力,减小了视在迁移率,POSS和NTCDA共同阻碍了电子在高温高电场下的注入、迁移和积聚。