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。

Pockels效应表面电荷测量中电荷反演算法的研究

Pockels效应表面电荷测量技术以其特有的技术优势逐步用于表面放电和等离子体的研究,然而如何准确获取表面电荷分布仍然是一个重要的研究课题。对Pockels效应表面电荷测量技术中的表面电荷反演算法进行研究,采用二维傅里叶变换将测量信号和表面电荷的复杂关系转换到频域中进行计算,并采用维纳滤波算法进行信号处理。计算结果和传统算法的计算结果进行了对比,结果表明,改进算法在数值计算过程中考虑材料厚度、介电特性及不同位置电荷影响等因素,计算方法更为合理。该方法可用于不同材料表面电荷的测量计算。另外,算法中维纳滤波器是计算算法中关键的组成部分,对降低系统噪声,提高数值计算的稳定性能够起到很重要的作用。

交流电压下聚合物材料表面的电荷分布特性

采用Pockels电光效应原理,对大气条件交流电压下聚合物绝缘材料的表面电荷分布进行了研究。实验以聚苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)和聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)为样品,在针板电极上施加幅值5kV、频率20Hz的正弦交流电压,施加电压分别从正半波开始和从负半波开始,采用高速CCD摄像机纪录1个周期内2种聚合物材料在沿面放电过程中表面电荷分布的变化。实验结果表明,材料表面电荷分布的极性效应非常明显,负电荷分布半径要小于正电荷分布。材料特性也显著影响电荷分布,随着施加电压的升高,PET表面正流注通道逐步延伸,呈弯曲状分支分布,而PVDF表面正流注通道的形成明显要快,并呈现规则的轮辐状分布。分析认为,这与不同材料的禁带宽度、表面层电离能、介电常数和厚度等的差异都有很大关系。

环氧树脂/富勒烯纳米复合材料空间电荷注入特性

高温与强电场作用下环氧树脂绝缘空间电荷注入诱发电场畸变,加剧绝缘劣化甚至引起击穿放电故障,严重威胁电力、电子设备安全稳定运行。纳米掺杂在提升环氧树脂复合材料介电性能方面表现优异,但高温与强电场下纳米复合材料的空间电荷注入抑制效果及机理仍有待进一步证实与分析。该文制备了不同含量富勒烯(C_(60))掺杂的环氧树脂纳米复合材料,采用改进的电声脉冲法研究其在高温(80℃、150℃)和强电场(100、150kV/mm)条件下空间电荷注入与积聚特性。结果表明,C_(60)的引入对高温、强电场下环氧树脂绝缘电荷注入和积累有明显的抑制作用。基于密度泛函理论计算分析环氧树脂和富勒烯的分子轨道能级和3D电势分布规律,发现C_(60)量子点能够调控EP/C_(60)纳米复合材料电荷输运行为,抑制载流子的注入,减少空间电荷的积累。上述试验和仿真结果证明,掺杂C_(60)可以有效改善环氧树脂绝缘高温和强电场下空间电荷注入特性。