基于α松弛分析CB/LDPE纳米复合介质空间电荷特性
发布时间：2021-07-25 18:53
分别以导电炭黑（C-CB）和绝缘炭黑（I-CB）作为纳米填充相,研究不同性能炭黑（CB）对低密度聚乙烯（LDPE）空间电荷特性的影响。采用多种测试方法对CB微观形貌和表面化学特性进行表征。利用电声脉冲（PEA）法测量LDPE及其纳米复合介质的空间电荷分布,并结合动态机械分析法（DMA）和热刺激电流法（TSC）探索CB改善LDPE空间电荷特性的作用机理。结果表明:C-CB比I-CB具有更长的链状结构和较少的表面基团,可与LDPE产生更强的相互作用;C-CB/LDPE和I-CB/LDPE纳米复合介质均能够有效地抑制空间电荷积聚,其中前者的空间电荷抑制能力更强。分析认为复合介质空间电荷性能改善是由于CB与LDPE相互作用,减少了参与α松弛的分子形成的缺陷数量,降低了LDPE内的陷阱密度。
【文章来源】：电机与控制学报. 2017,21(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
－CB及I－CB的TEM照片
图1C－CB及I－CB的TEM照片Fig．1TEMimagesofC－CBandI－CB图2C－CB和I－CB的红外光谱图Fig．2FTIRspectraofC－CBandI－CB图3C－CB和I－CB的光电子能谱Fig．3XPSspectraofC－CBandI－CB2．2CB粒子分散性本文应用日立SU8020扫描电镜(scanningelec-tronmicroscope，SEM)观察CB颗粒在LDPE基体中的分散状态。将厚度为1mm的CB/LDPE纳米复合介质试样浸入液氮内进行冷冻和脆断，然后对试样断面进行观察。日立SU8020扫描电镜采用冷场发射技术，可在较低的加速电压下进行测试，从而抑制电荷积聚现象的发生，具有较强的成像能力。C－CB/LDPE和I－CB/LDPE纳米复合介质在1kV加速电压下观察到的CB分散状态如图4所示，图中圆圈标记的为CB颗粒。由图4(a)和4(b)可以看出，填加的C－CB和I－CB颗粒都均匀的分散于LDPE基体中几乎无团聚现象。复合介质内的C－CB和I－CB颗粒都达到了纳米级分散，粒径在100nm左右。2．3空间电荷特性LDPE的空间电荷特性如图5(a)所示，由图5(a)可知，在40kV/mm场强下极化30s时LDPE试样内部已有明显空间电荷积聚，并随着电场作用时间的延长，积聚的电荷量逐渐增加。C－CB/LDPE纳米复合介质的空间电荷分布如图5(b)所示，由图可知可以看出，在电场作用的30min时间范围内仅在试样中间位置有少量电荷出现，C－CB/LDPE纳米复合介质表现出优异空间电荷抑制能力。I－CB/LDPE纳米复合介质的空间电荷分布如图5(c)所示，由图5(c)可见，在I－CB/LDPE纳米复合介质的电极附近有少量空间电荷积聚，积聚的电荷量几乎不随电场作用时间发生变化。I－CB/LDPE纳米复合介质积聚的电荷量明显少于第6期闫志雨等:基于α松弛分析CB/LDPE纳米复合介质空间电荷特性53
图1C－CB及I－CB的TEM照片Fig．1TEMimagesofC－CBandI－CB图2C－CB和I－CB的红外光谱图Fig．2FTIRspectraofC－CBandI－CB图3C－CB和I－CB的光电子能谱Fig．3XPSspectraofC－CBandI－CB2．2CB粒子分散性本文应用日立SU8020扫描电镜(scanningelec-tronmicroscope，SEM)观察CB颗粒在LDPE基体中的分散状态。将厚度为1mm的CB/LDPE纳米复合介质试样浸入液氮内进行冷冻和脆断，然后对试样断面进行观察。日立SU8020扫描电镜采用冷场发射技术，可在较低的加速电压下进行测试，从而抑制电荷积聚现象的发生，具有较强的成像能力。C－CB/LDPE和I－CB/LDPE纳米复合介质在1kV加速电压下观察到的CB分散状态如图4所示，图中圆圈标记的为CB颗粒。由图4(a)和4(b)可以看出，填加的C－CB和I－CB颗粒都均匀的分散于LDPE基体中几乎无团聚现象。复合介质内的C－CB和I－CB颗粒都达到了纳米级分散，粒径在100nm左右。2．3空间电荷特性LDPE的空间电荷特性如图5(a)所示，由图5(a)可知，在40kV/mm场强下极化30s时LDPE试样内部已有明显空间电荷积聚，并随着电场作用时间的延长，积聚的电荷量逐渐增加。C－CB/LDPE纳米复合介质的空间电荷分布如图5(b)所示，由图可知可以看出，在电场作用的30min时间范围内仅在试样中间位置有少量电荷出现，C－CB/LDPE纳米复合介质表现出优异空间电荷抑制能力。I－CB/LDPE纳米复合介质的空间电荷分布如图5(c)所示，由图5(c)可见，在I－CB/LDPE纳米复合介质的电极附近有少量空间电荷积聚，积聚的电荷量几乎不随电场作用时间发生变化。I－CB/LDPE纳米复合介质积聚的电荷量明显少于第6期闫志雨等:基于α松弛分析CB/LDPE纳米复合介质空间电荷特性53
【参考文献】：
期刊论文
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[2]纳米粒子分散性对SiO2/LDPE纳米复合介质直流介电性能的影响[J]. 杨佳明,赵洪,郑昌佶,王暄,杨超尘. 中国电机工程学报. 2015(19)
[3]基于RMC的海上风电多端高压直流输电研究[J]. 邓文浪,陈勇奇,郭有贵,袁婷,蒋卫龙. 电机与控制学报. 2014(11)
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[6]MgO/LDPE纳米复合材料抑制空间电荷及电树枝化特性[J]. 赵洪,徐明忠,杨佳明,张文龙,王暄,雷清泉. 中国电机工程学报. 2012(16)
[7]纳米ZnO/低密度聚乙烯复合材料的介电特性[J]. 王霞,成霞,陈少卿,郑晓泉,屠德民. 中国电机工程学报. 2008(19)
[8]碳纳米管和炭黑在橡胶体系增强的协同效应[J]. 范壮军,王垚,罗国华,李志飞,魏飞. 新型炭材料. 2008(02)
[9]聚乙烯/炭黑复合材料导电体系的结构形态[J]. 沈烈,益小苏. 高分子学报. 2001(01)
博士论文
[1]聚乙烯基无机纳米复合电介质的陷阱特性与电性能研究[D]. 田付强.北京交通大学 2012
本文编号：3302582
【文章来源】：电机与控制学报. 2017,21(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
－CB及I－CB的TEM照片
图1C－CB及I－CB的TEM照片Fig．1TEMimagesofC－CBandI－CB图2C－CB和I－CB的红外光谱图Fig．2FTIRspectraofC－CBandI－CB图3C－CB和I－CB的光电子能谱Fig．3XPSspectraofC－CBandI－CB2．2CB粒子分散性本文应用日立SU8020扫描电镜(scanningelec-tronmicroscope，SEM)观察CB颗粒在LDPE基体中的分散状态。将厚度为1mm的CB/LDPE纳米复合介质试样浸入液氮内进行冷冻和脆断，然后对试样断面进行观察。日立SU8020扫描电镜采用冷场发射技术，可在较低的加速电压下进行测试，从而抑制电荷积聚现象的发生，具有较强的成像能力。C－CB/LDPE和I－CB/LDPE纳米复合介质在1kV加速电压下观察到的CB分散状态如图4所示，图中圆圈标记的为CB颗粒。由图4(a)和4(b)可以看出，填加的C－CB和I－CB颗粒都均匀的分散于LDPE基体中几乎无团聚现象。复合介质内的C－CB和I－CB颗粒都达到了纳米级分散，粒径在100nm左右。2．3空间电荷特性LDPE的空间电荷特性如图5(a)所示，由图5(a)可知，在40kV/mm场强下极化30s时LDPE试样内部已有明显空间电荷积聚，并随着电场作用时间的延长，积聚的电荷量逐渐增加。C－CB/LDPE纳米复合介质的空间电荷分布如图5(b)所示，由图可知可以看出，在电场作用的30min时间范围内仅在试样中间位置有少量电荷出现，C－CB/LDPE纳米复合介质表现出优异空间电荷抑制能力。I－CB/LDPE纳米复合介质的空间电荷分布如图5(c)所示，由图5(c)可见，在I－CB/LDPE纳米复合介质的电极附近有少量空间电荷积聚，积聚的电荷量几乎不随电场作用时间发生变化。I－CB/LDPE纳米复合介质积聚的电荷量明显少于第6期闫志雨等:基于α松弛分析CB/LDPE纳米复合介质空间电荷特性53
图1C－CB及I－CB的TEM照片Fig．1TEMimagesofC－CBandI－CB图2C－CB和I－CB的红外光谱图Fig．2FTIRspectraofC－CBandI－CB图3C－CB和I－CB的光电子能谱Fig．3XPSspectraofC－CBandI－CB2．2CB粒子分散性本文应用日立SU8020扫描电镜(scanningelec-tronmicroscope，SEM)观察CB颗粒在LDPE基体中的分散状态。将厚度为1mm的CB/LDPE纳米复合介质试样浸入液氮内进行冷冻和脆断，然后对试样断面进行观察。日立SU8020扫描电镜采用冷场发射技术，可在较低的加速电压下进行测试，从而抑制电荷积聚现象的发生，具有较强的成像能力。C－CB/LDPE和I－CB/LDPE纳米复合介质在1kV加速电压下观察到的CB分散状态如图4所示，图中圆圈标记的为CB颗粒。由图4(a)和4(b)可以看出，填加的C－CB和I－CB颗粒都均匀的分散于LDPE基体中几乎无团聚现象。复合介质内的C－CB和I－CB颗粒都达到了纳米级分散，粒径在100nm左右。2．3空间电荷特性LDPE的空间电荷特性如图5(a)所示，由图5(a)可知，在40kV/mm场强下极化30s时LDPE试样内部已有明显空间电荷积聚，并随着电场作用时间的延长，积聚的电荷量逐渐增加。C－CB/LDPE纳米复合介质的空间电荷分布如图5(b)所示，由图可知可以看出，在电场作用的30min时间范围内仅在试样中间位置有少量电荷出现，C－CB/LDPE纳米复合介质表现出优异空间电荷抑制能力。I－CB/LDPE纳米复合介质的空间电荷分布如图5(c)所示，由图5(c)可见，在I－CB/LDPE纳米复合介质的电极附近有少量空间电荷积聚，积聚的电荷量几乎不随电场作用时间发生变化。I－CB/LDPE纳米复合介质积聚的电荷量明显少于第6期闫志雨等:基于α松弛分析CB/LDPE纳米复合介质空间电荷特性53
【参考文献】：
期刊论文
[1]先进交直流输电技术在中国的发展与应用[J]. 汤广福,庞辉,贺之渊. 中国电机工程学报. 2016(07)
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[4]交联聚乙烯绝缘高压直流电缆电场分布计算[J]. 叶信红,韩宝忠,黄庆强,赵洪,杨佳明. 电机与控制学报. 2014(05)
[5]炭黑填充橡胶复合材料的宏细观力学行为研究[J]. 李庆,杨晓翔. 机械工程学报. 2013(18)
[6]MgO/LDPE纳米复合材料抑制空间电荷及电树枝化特性[J]. 赵洪,徐明忠,杨佳明,张文龙,王暄,雷清泉. 中国电机工程学报. 2012(16)
[7]纳米ZnO/低密度聚乙烯复合材料的介电特性[J]. 王霞,成霞,陈少卿,郑晓泉,屠德民. 中国电机工程学报. 2008(19)
[8]碳纳米管和炭黑在橡胶体系增强的协同效应[J]. 范壮军,王垚,罗国华,李志飞,魏飞. 新型炭材料. 2008(02)
[9]聚乙烯/炭黑复合材料导电体系的结构形态[J]. 沈烈,益小苏. 高分子学报. 2001(01)
博士论文
[1]聚乙烯基无机纳米复合电介质的陷阱特性与电性能研究[D]. 田付强.北京交通大学 2012
本文编号：3302582
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