热老化下低密度聚乙烯纳米复合材料的介电和空间电荷特性研究
发布时间：2021-03-03 02:34
与纯聚乙烯绝缘材料相比,聚乙烯/氧化镁纳米复合材料由于具有更高的绝缘强度和机械性能,并且能够抑制材料在高压直流电场作用下的空间电荷累积,有望成为下一代高压电力设备的绝缘材料。然而,在高压电力设备的长期运行过程中,聚乙烯绝缘材料不仅会承受高电压的作用还会受到高温环境的影响而逐渐出现热氧老化的现象,在热氧老化的过程中聚乙烯材料分子链的三级碳原子会与氧气发生反应,导致分子链断裂并且生成大量的自由基,该过程的进行会引起材料绝缘性能的下降,最终造成聚乙烯材料的绝缘失效,因此有必要研究具有抗热老化能力的聚乙烯纳米复合材料。本文选用LDPE/MgO纳米复合材料为研究对象,以LDPE/SiO2和LDPE/ZnO纳米复合材料为对照组,对热老化后聚乙烯纳米复合材料的形貌特性、分子结构、击穿场强、介电特性以及空间电荷行为特性等多个性能进行了测试分析,揭示了聚乙烯纳米复合材料的抗热老化机理,为制备具有抗热老化能力的聚乙烯纳米复合材料的纳米粒子种类的选择和浓度的控制提供了指导。本文完成的主要的工作如下:（1）研究了LDPE/MgO、LDPE/ZnO和LDPE\SiO2...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
纳米粒子提高聚合物基体热导系数示意图
1 绪 论所周知，固体能带理论有效的解释了半导体、导体和绝缘体的区别通过计算材料的态密度能够得到绝缘材料的电荷陷阱分布情况[135-136十年里，由于利用固体能带理论计算聚乙烯材料的态密度的计算量研究较少，然而近十年，随着计算机技术的快速发展，众多的分子了我们计算聚乙烯材料态密度的重要手段。
重庆大学博士学位论文其研究结果给出了多种常见的分子基团的电荷陷阱深度，并且指出了物理性质的缺陷所引起的电荷陷阱深度一般在 0.15eV 到 0.3eV，而化学性质的缺陷所引起的电荷陷阱深度则能达到 1eV 以上[139]。随着计算机技术的进一步发展，近些年来 S. Boggs 等人进一步利用分子模拟技术研究了不同分子结构缺陷对聚乙烯材料态密度的作用情况，计算得到了聚乙烯材料的禁带宽度约为 6.0eV，与利用 DFT方法计算得到的数值一致，也与实际测量值 8.8eV 较为相近，此外，该研究结果还指出若聚乙烯材料内存在大量的羟基，聚乙烯材料的禁带宽度会减少大约 2.36eV，即羟基会引入大量的电荷陷阱[140-141]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物纳米复合电介质的击穿性能[J]. 王威望,李盛涛,刘文凤. 电工技术学报. 2017(16)
[2]基于理、化、电特性的110kV XLPE绝缘电缆剩余寿命的综合评估[J]. 刘刚,刘斯亮,金尚儿,黄嘉盛. 电工技术学报. 2016(12)
[3]基于极化/去极化电流法的交联聚乙烯电缆热老化程度判定[J]. 杨帆,沈煜,王彦博,赵艾萱,张幸,邓军波,张冠军. 高电压技术. 2016(02)
[4]纳米SiC/低密度聚乙烯复合材料的空间电荷与电导特性[J]. 郑昌佶,时海涛,杨佳明,赵洪. 复合材料学报. 2016(10)
[5]拉伸状态下LDPE/SiO2改性材料的空间电荷特性研究[J]. 王灿,王有元,凡朋,廖瑞金. 中国电机工程学报. 2016(04)
[6]纳米ZnO和纳米MMT对低密度聚乙烯介电性能的影响[J]. 程羽佳,郭宁,王若石,张晓虹. 复合材料学报. 2015(01)
[7]不同表面处理剂对纳米MgO/LDPE空间电荷行为的影响[J]. 钟琼霞,兰莉,吴建东,史文祥,尹毅. 高电压技术. 2014(09)
[8]XLPE及XLPE/MgO纳米复合材料的击穿强度与力学性能的比较研究[J]. 宋红艳,黄兴溢,张军,江平开. 绝缘材料. 2014(03)
[9]纳米碳化硅/低密度聚乙烯复合材料的空间电荷分布特性[J]. 周湶,伍科,廖瑞金,李剑,徐智,马小敏. 高电压技术. 2012(10)
[10]低密度聚乙烯纳米复合材料中空间电荷积聚对试样厚度的依赖性[J]. 吕泽鹏,吴锴,王霞,成永红,刘通,李锐海. 高电压技术. 2012(10)
博士论文
[1]低密度聚乙烯纳米复合介质中电荷输运的实验研究和数值模拟[D]. 吴建东.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]交联聚乙烯热老化监测及快速热寿命评估[D]. 霍瑞美.上海交通大学 2014
[2]低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料空间电荷特性研究[D]. 沈健.重庆大学 2011
本文编号：3060422
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
纳米粒子提高聚合物基体热导系数示意图
1 绪 论所周知，固体能带理论有效的解释了半导体、导体和绝缘体的区别通过计算材料的态密度能够得到绝缘材料的电荷陷阱分布情况[135-136十年里，由于利用固体能带理论计算聚乙烯材料的态密度的计算量研究较少，然而近十年，随着计算机技术的快速发展，众多的分子了我们计算聚乙烯材料态密度的重要手段。
重庆大学博士学位论文其研究结果给出了多种常见的分子基团的电荷陷阱深度，并且指出了物理性质的缺陷所引起的电荷陷阱深度一般在 0.15eV 到 0.3eV，而化学性质的缺陷所引起的电荷陷阱深度则能达到 1eV 以上[139]。随着计算机技术的进一步发展，近些年来 S. Boggs 等人进一步利用分子模拟技术研究了不同分子结构缺陷对聚乙烯材料态密度的作用情况，计算得到了聚乙烯材料的禁带宽度约为 6.0eV，与利用 DFT方法计算得到的数值一致，也与实际测量值 8.8eV 较为相近，此外，该研究结果还指出若聚乙烯材料内存在大量的羟基，聚乙烯材料的禁带宽度会减少大约 2.36eV，即羟基会引入大量的电荷陷阱[140-141]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物纳米复合电介质的击穿性能[J]. 王威望,李盛涛,刘文凤. 电工技术学报. 2017(16)
[2]基于理、化、电特性的110kV XLPE绝缘电缆剩余寿命的综合评估[J]. 刘刚,刘斯亮,金尚儿,黄嘉盛. 电工技术学报. 2016(12)
[3]基于极化/去极化电流法的交联聚乙烯电缆热老化程度判定[J]. 杨帆,沈煜,王彦博,赵艾萱,张幸,邓军波,张冠军. 高电压技术. 2016(02)
[4]纳米SiC/低密度聚乙烯复合材料的空间电荷与电导特性[J]. 郑昌佶,时海涛,杨佳明,赵洪. 复合材料学报. 2016(10)
[5]拉伸状态下LDPE/SiO2改性材料的空间电荷特性研究[J]. 王灿,王有元,凡朋,廖瑞金. 中国电机工程学报. 2016(04)
[6]纳米ZnO和纳米MMT对低密度聚乙烯介电性能的影响[J]. 程羽佳,郭宁,王若石,张晓虹. 复合材料学报. 2015(01)
[7]不同表面处理剂对纳米MgO/LDPE空间电荷行为的影响[J]. 钟琼霞,兰莉,吴建东,史文祥,尹毅. 高电压技术. 2014(09)
[8]XLPE及XLPE/MgO纳米复合材料的击穿强度与力学性能的比较研究[J]. 宋红艳,黄兴溢,张军,江平开. 绝缘材料. 2014(03)
[9]纳米碳化硅/低密度聚乙烯复合材料的空间电荷分布特性[J]. 周湶,伍科,廖瑞金,李剑,徐智,马小敏. 高电压技术. 2012(10)
[10]低密度聚乙烯纳米复合材料中空间电荷积聚对试样厚度的依赖性[J]. 吕泽鹏,吴锴,王霞,成永红,刘通,李锐海. 高电压技术. 2012(10)
博士论文
[1]低密度聚乙烯纳米复合介质中电荷输运的实验研究和数值模拟[D]. 吴建东.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]交联聚乙烯热老化监测及快速热寿命评估[D]. 霍瑞美.上海交通大学 2014
[2]低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料空间电荷特性研究[D]. 沈健.重庆大学 2011
本文编号：3060422
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