本体聚合PMMA基复合介质膜的储能特性研究

目前有机薄膜电容器中的介质材料多为线性电介质,这类聚合物的介电常数通常较低,造成电容器储能密度普遍偏低,而新型高储能聚合物介质材料一般又存在介质损耗高的问题。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与高储能含氟聚合物的相容性较好,常被用来改善后者的力学和击穿性能,但市售的PMMA存在本征介质损耗过高的问题。为了降低PMMA的介质损耗,本文用甲基丙烯酸甲酯(MMA)与苯乙烯(St)合成MMA-St共聚物(MS),将不同比例的MS掺入本体聚合的PMMA中形成复合体系,并研究复合体系的介电特性、储能特性及绝缘特性。结果表明:该复合体系可以显著降低PMMA的介质损耗,相较于PMMA更适合作为高储能聚合物的改性材料。其中复合10%MS的介质膜在5 500 kV/cm电场下获得了5 J/cm^(3)的放电能量密度,充放电效率达到83%。

复合介质对初期径流氮磷的同步去除实验研究

采用沸石和陶粒组配成复合介质,以模拟城市初期径流中氨氮和磷酸盐为实验对象,研究复合介质对模拟初期径流中氮磷的同步去除效果,考察沸石和陶粒固定质量配比下影响同步去除氮磷的因素,包括复合介质总投加量、吸附时间、初始pH值和污染物初始浓度等,进行沸石和陶粒质量配比的优化。结果表明:在设定实验条件下,随着复合介质投加量增加,氨氮和磷酸盐去除率增大;当投加量增加至200 g/L以上时,去除率增加趋势变缓。复合介质对氨氮和磷酸盐的吸附去除具有“快速吸附,缓慢平衡”的特征,在设定的实验条件下,吸附时间1.5 h为宜;在初始pH值位于中性或偏碱性条件下,复合介质同步去除氮磷的效果更佳;复合介质中沸石和陶粒的最佳质量配比为7:12。分析表明复合介质吸附初期径流中氨氮的机制为离子交换,去除磷酸盐的机制则为化学沉淀。

纳米SiO_2/LDPE复合介质的有限元数值仿真

纳米尺度下的界面结构是纳米复合材料的一个重要结构特征。建立了包含纳米颗粒、聚乙烯基质和界面层三相结构的复合介质仿真模型,在三维空间下对不同填充浓度的纳米SiO2/LDPE复合介质的极化电流和去极化电流进行了有限元仿真计算。为了验证这种三相模型的准确性,将仿真结果与实验结果进行了对比。结果表明,仿真电流和实验电流的整体变化趋势是一致的,尤其是在填充浓度比较低的情况下(小于1%wt),电流的起始幅值和随浓度变化的规律都和实验结果比较一致。但是仿真电流的衰减速率普遍比实验结果要小,尤其是当填充浓度比较大时(大于2%wt),两者相差较大。因此用这种三相模型来进行纳米复合介质的仿真计算是可行的,但是还需要进一步的完善。

颗粒复合介质界面的反射率

本文应用局域场近似和Maxwell方程及相应的边界条件,给出了光在由具有一定厚度界面层的非线性颗粒组成的复合介质界面上的反射率。

纳米填充浓度对LDPE/Silica纳米复合介质中空间电荷行为的影响

为研究纳米颗粒填充浓度对复合介质内部空间电荷特性的影响,以低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)为基料,纳米二氧化硅(Silica)为填充颗粒,制备了浓度在0%～5%范围的纳米LDPE/Silica复合介质,并测试了复合介质的准稳态直流电导和空间电荷分布。当LDPE内填充不同浓度的纳米silica后,复合介质内部的平均体空间电荷密度均得到有效抑制,且其平均衰减速度随填充浓度的升高而下降,但复合介质的准稳态直流电导在填充浓度低于0.5%时比纯LDPE时要大,当填充浓度高于0.5%时,准稳态直流电导随着填充浓度的升高而快速下降。结果表明试样内部的空间电荷分布存在3种趋势:当纳米silica填充浓度为0%～0.1%时,试样内表面侧的异极性空间电荷量随填充浓度升高而下降;当填充浓度为0.5%～2%时,试样内表面侧积累同极性电荷,并随填充浓度升高而增大;当填充浓度高于2%时,同极性空间电荷量下降。最低空间电荷密度和准稳态直流高场电导对应的纳米填充浓度分别为0.5%和5%,表明在应用纳米颗粒对聚合物的绝缘性能改良时,为获得最佳的介电性能,应根据实际需求来选择适当的填充浓度。

LDPE纳米复合介质的直流电导特性及其对高压直流电缆中电场分布的影响

聚合物绝缘材料的电导率通常是电场和温度的函数。选取低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE),纳米氧化镁(MgO)/LDPE及氧化硅(SiO2)/LDPE三种材料作为研究对象,对三种材料的电导率–温度和电导率–场强关系进行了实验研究。构建了表征材料电导率与场强及温度关系的数学模型,并依据此模型,针对320 kV、500 MW直流电缆结构,应用COMSOL有限元分析软件,计算了绝缘内电场分布。结果表明:直流场下,电场分布具有电导率依赖关系,温度变化引起的电导率变化,将导致电场分布与温度分布有关;同时,电导率还依赖于场强的变化,这种依赖关系可在一定程度下平抑由于几何结构或温度梯度形成的绝缘层内部场强不均匀性;纳米颗粒的掺入可降低电导率,性能改善机制与纳米粒子界面层电学行为相关。

油纸复合介质中水分子扩散行为的分子动力学模拟

对不同温度下水分子在油纸复合介质中的扩散行为进行了分子动力学模拟研究.通过分析水分子与纤维素形成的氢键发现,油中的水分子在模拟过程中会逐渐扩散到纤维素内并与之形成氢键,而纤维素内的水分子则与纤维素形成氢键后被束缚于纤维素中.通过分析水分子的扩散系数发现,由于油和纤维素的极性不同,使得水分子在油和纤维素两种单介质中的扩散行为有较大差别,而在复合介质中的扩散系数受水分子在油和纤维素中的比例影响较大,两者表现出很强的相关性.水分子和两介质的相互作用与两介质的极性也存在很大的关系,且不同温度下水分子与两介质的相互作用能和水分子在油和纤维素中的比例也表现出了较强的相关性.不同温度下水分子的不同分布弱化了温度对扩散系数的影响.

纳米粒子分散性对SiO_2/LDPE纳米复合介质直流介电性能的影响

纳米复合介质的介电性能与纳米粒子分散性密切相关。选取两种具有不同分散能力的纳米Si O2粉末分别与低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)复合,研究了纳米粒子分散性对纳米复合介质的直流电导电流、空间电荷及直流击穿强度特性影响。应用原子力显微镜的静电力模式观察了Si O2/LDPE纳米复合介质的表面电势分布。结果表明:改善纳米粒子分散性对于抑制SiO 2/LDPE复合介质的直流电导电流,提高空间电荷抑制能力及直流击穿强度有积极影响。通过静电力分析证实了SiO 2/LDPE纳米复合介质中,Si O2粒子与基体聚合物界面存在荷电分布,该荷电分布可对载流子迁移起散射作用,从而降低直流电到电流和提升击穿强度。通过引入观测的界面核电区厚度参数,理论计算证实了改善纳米粒子分散性可增加单位体积荷电域所占的体积分数,且被认为是高分散型Si O2/LDPE纳米复合介质介电性能显著提升的主要原因。

弹丸垂直侵彻土壤混凝土复合介质的理论分析模型

针对土壤混凝土复合介质，采用Ｅｕｌｅｒ方法提出了一种考虑土壤、混凝土交界面效应的球形空腔膨胀理论，建立了弹丸垂直侵彻土壤混凝土复合介质的侵彻模型，结合实例将模型计算结果同质量２．４ｋｇ、弹径５０ｍｍ、撞击速度４５６ｍ／ｓ的弹丸垂直侵彻土壤混凝土复合介质试验结果进行了对比分析．

纳米颗粒填充对LDPE/silica纳米复合介质阈值电场的影响

为研究纳米颗粒填充对复合介质阈值电场特性的影响,以低密度聚乙烯（low-density polyethylene,LDPE）为基料、纳米二氧化硅（silica）为填充颗粒,制备了填充粒径分别为7和16 nm、填充浓度在0~5.0%范围的LDPE/silica纳米复合介质,并测试了复合介质的准稳态直流电导。研究表明：低电场下纳米颗粒对复合介质直流电导的影响不大;在高电场下,低填充密度（1.0%附近）时复合介质的电导比纯LDPE的值大,阈值电场均低于纯LDPE的值;仅当填充浓度较高时,复合介质的电导才下降,并且阈值电场高于纯LDPE的值。纳米颗粒填充粒径7和16 nm时,纳米复合介质的阈值电场特性基本一致,但在高电场下,填充粒径7 nm时的复合介质电导小于填充粒径为16 nm的值,且填充粒径7 nm时复合介质的阈值电场都高于填充粒径为16 nm时的值,表明填充粒径越小的纳米颗粒越能提升复合介质的阈值电场。另外,基于空间电荷限制电流理论（space charge limitedcurrent,SCLC）分析可知：纳米颗粒填充浓度较低时,纳米复合介质中总陷阱浓度H相对于纯LDPE都明显下降,仅当填充浓度进一步升高时,总陷阱浓度H才高于纯LDPE中的值。填充浓度在0.1%~5.0%时,纳米复合介质内部总陷阱浓度H随填充浓度的升高而升高,这主要与纳米颗粒引入颗粒/基料界面结构的增多有关。

三明治结构聚偏氟乙烯基复合介质的微结构设计及介电特性

为了研究填充相和结构对聚偏氟乙烯基聚合物(PVDF)介电和储能特性的影响,采用溶液铸造和热压工艺制备了含有二维氮化硼薄片和钛酸钡颗粒的单层复合薄膜及三明治结构复合薄膜。采用X射线衍射和扫描电子显微镜分析了复合薄膜的晶体结构和形貌,利用宽频介电谱仪和铁电综合测试仪获得了薄膜的介电性能和储能特性。结果表明,制备的三明治结构复合薄膜具有优异的性能,其中BN-PVDF/BaTiO_3-PVDF/BN-PVDF三明治结构复合薄膜在10 Hz时的相对介电常数为13,放电能量密度在电场强度为350 MV/m时高达6.2 J/cm3,是单层BaTiO_3-PVDF复合薄膜的1.6倍;其击穿场强高达370 MV/m,是BaTiO_3-PVDF的1.5倍;且其放电效率为0.55。总结得出,这是因为三明治结构中上下2层引入的BN 2维薄片提高了复合介质击穿强度,缓解了电极化强度过早饱和;而中间层BaTiO_3的引入增强了复合介质的极化特性,从而获得了具有优异介电性能和储能特性的PVDF基复合薄膜。

二维周期性复合介质中弹性波的能带结构

用平面波展开方法，研究弹性波在二维周期性复合介质中的传播问题．由 Ｐｂ柱体嵌入 ｅｐｏｘｙ基体组成的复合介质，其弹性波带结构中，存在很大的完全带隙。研究了柱体的横截面形状、组元的体积占有率及复合介质的材料组成等因素对带结构的影响．在Ｃ柱体和ｅｐｏｘｙ基体组成的复合介质中，也观察到完全禁带的出现。但是，相反情况，由ｅｐｏｘｙ柱体和Ｐｂ或Ｃ基体组成的材料中，均无完全禁带出现。

高介电常数复合介质固态Blumlein线

以陶瓷聚合物复合介质作为储能介质，砷化镓光导半导体开关作为开关，设计了带状Blumlein线并对其进行了实验研究。实验结果表明，复合介质Blumlein介电常数高达80-250，在21Ω的匹配负载上获得电压幅值为2kV，前沿小于5ns，半高宽约34ns，波动约士10A的平顶宽为22ns的电压脉冲，能满足脉冲功率系统小型化的应用要求。

巨系统复合介质岩层移动模型及工程应用

将采场上覆岩体视为大系统复合介质，建立层状－离散二重介质模型。采用薄板层状介 质解析与离散单元数值模拟相结合的方法，全面系统地探讨了整个上覆岩体的移动及离层分 布规律，从而为研究减缓地面沉降技术提供了可靠依据。

微波复合介质基片的频率温度特性研究

以 PTFE/陶瓷 /微纤维等多元材料复合所制成的介质基片 ,对不同配比组成的复合介质的复介电常数频率、温度特性进行了多点测量 ,深入探讨了不同频率与温度对相对介电常数。

纳米颗粒形状对线性低密度聚乙烯纳米复合介质电学性能的影响

初步研究了纳米颗粒的形状对纳米复合介质电学性质的影响。以不同形状的纳米氮化硼（BN）为填料,制备了填充分数介于0.5%-2.0%的线性低密度聚乙烯（LLDPE）纳米复合介质,测试了纳米氮化硼在LLDPE中的分散行为、复合介质的结晶和熔融行为、复合介质的宽频介电频谱、空间电荷行为以及直流击穿强度。结果发现,纳米氮化硼的形状对复合介质电学性质的影响在击穿强度方向尤为突出,片状纳米氮化硼复合介质的击穿强度高于LLDPE,而球状纳米氮化硼复合介质的击穿强度低于LLDPE。纳米氮化硼的形状对复合介质的结晶和熔融行为、介电常数和介电损耗角正切等的影响可以忽略。两种纳米氮化硼均可起到抑制空电荷注入的作用,且复合介质中空间电荷衰减速率降低。片状纳米氮化硼复合介质中更易积累界面电荷,导致复合介质内部出现明显的空间电荷振荡分布。

聚四氟乙烯/陶瓷/玻璃纤维复合介质的性能研究

采用热压工艺制得聚四氟乙烯/陶瓷/玻璃纤维复合介质材料。复合介质材料的介电常数随着PTFE和玻璃纤维含量的增加而减小;当复合介质中不含玻璃纤维时,随着陶瓷粉料的质量分数从40%增加到65%时,材料的弹性模量先减小后增加;加入玻璃纤维可以增加材料的弹性模量,对于PTFE的质量分数为40%的复合介质,玻璃纤维加入的质量分数不应大于15%,聚四氟乙烯/陶瓷/玻璃纤维复合介质的微观结构致密、形成了完整的一体。

电子束辐照对环氧微米复合介质表面陷阱特性和表面电导的影响

在真空环境下采用电子束辐照对环氧微米复合介质试样进行表面处理,测试辐照前后试样的表面电位衰减和表面电导等特性。结果表明:辐照前后的试样均存在深、浅两个表面陷阱中心。随着辐照能量的增大,表面浅陷阱密度逐渐减小,其能级未发生明显变化,表面深陷阱的密度和能级均逐渐增大;电子束辐照在介质中沉积的能量与表面陷阱特性的变化有关,当电子束沉积的能量大于电介质禁带宽度的3倍左右,就会造成电介质电离,导致电介质表面深陷阱能级和密度增加,阻碍载流子在试样表面的迁移,降低了试样的表面电导率。采用电子束辐照调控绝缘介质的表面陷阱特性和表面电导,提高沿面闪络电压,能够为电力设备的可靠运行提供保障。

弹丸侵彻混凝土、土壤复合介质分析模型

以空腔膨胀理论为基础 ,并假设复合介质为 2层介质 ,建立了子弹侵彻复合介质的运动学模型 ,对子弹侵彻介质运动过程进行了仿真 ,根据仿真结果分析了弹丸侵彻复合介质的特性 ;计算并讨论了侵彻初始参数 ,如侵彻角和初始侵彻速度对侵彻效果的影响 ,得到的仿真结果与实际侵彻现象较为符合 ,为从理论上分析弹丸侵彻复合介质提供了基础 .

多孔状复合介质层电容式柔性触觉传感器研究

为提升触觉传感器灵敏度和动态响应特性,基于发泡工艺制备具有良好电学特性和柔性的多孔状石墨烯/炭黑/硅橡胶导电复合材料;将其用作复合介质层以设计高性能柔性电容式触觉传感器,研究发泡剂含量对多孔状复合介质层电学特性的影响,并对多孔状复合介质层进行微观形貌表征;分析多孔状复合介质层电容式触觉传感单元结构、工作机理及其性能优化方法,对电容式触觉敏感单元进行性能测试,并设计可拼接式触觉传感阵列;构建基于STM32F103VET6和AD7147-1的电容式触觉传感阵列信息提取系统,实现压力实时分布感知.实验结果表明,提出的多孔状复合介质层电容式触觉传感器具有良好的检测灵敏度和动态响应特性,可用作机器人电子皮肤以实现高性能触觉感知.