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无机纳米—聚酰亚胺复合薄膜介电性及耐电晕老化机理研究

2020-11-22阅读(578)

无机纳米—聚酰亚胺复合薄膜介电性及耐电晕老化机理研究

论文摘要

纳米科学技术的发展为新材料的开发和对现有材料的改性提供了新的思路和途径,纳米介质的出现,开辟了电介质新的应用领域。与传统介质比较,纳米复合介质的电、热、机械性能有了很大的改善。随着电力电子技术及新型半导体器件的迅速发展,八十年代以后,越来越多的交流变频调速电动机得到了广泛应用。由于局部放电等原因,许多变频电机的寿命只有1-2年,甚至有些电机在试运行阶段就发生击穿破坏。美国Dupont公司与ABB、西门子公司合作,于1995年研制出耐电晕聚酰亚胺薄膜,其耐电晕时间在20kV/mm场强下可达105小时,接近云母纸水平,但是没有见到从电介质理论的角度对其耐电晕机理进行深入研究的报道。本文借助扫描电镜和原子力显微镜分析了Dupont耐电晕聚酰亚胺薄膜的结构,比较了电晕老化后原始和耐电晕聚酰亚胺薄膜的表面形貌,得出Dupont耐电晕聚酰亚胺薄膜是三层结构,上下两个表层中含有较多的Al-无机化合物,是无机-有机复合结构。耐电晕聚酰亚胺薄膜之所以耐电晕,可能是因为集中在表面层的无机物质的高的热导率可以消散电晕产生的热量,减小了热击穿的危险,同时由于电晕放电作用在无机物上,而无机材料具有更好的耐电晕性和更高的耐受电晕产物腐蚀的能力。耐电晕聚酰亚胺薄膜中的无机相电晕老化后呈现更浓密的絮状团簇,无机-有机相界面间有很好的浸润性,而原始薄膜没有这一现象。研究了Dupont原始及耐电晕聚酰亚胺薄膜的介电谱特性、电导电流特性、退极化电流特性和热激电流特性,得出耐电晕薄膜的电老化阈值高于原始薄膜,且均随电晕老化场强的增加而下降。原始和耐电晕薄膜的载流子视在迁移率的变化范围分别为1.1×10-13m2/Vs-7.5×10-14m2/Vs和1.2×10-13m2/Vs-3.0×10-14m2/Vs,相应的陷阱深度变化范围分别为1.185eV-1.200eV和1.168eV-1.220eV。根据电导电流的温度特性得出,耐电晕薄膜的载流子活化能为0.76eV,原始薄膜为0.93eV。两种薄膜的热激电流峰值随极化场强增加而增加,原始薄膜的峰温基本不变,耐电晕薄膜略向高温移动。对热激电流曲线分峰处理,得出两种薄膜的活化能分别为0.65-0.91eV和0.60-0.90 eV。耐电晕薄膜中的浅陷阱,可能是薄膜耐电晕性提高的重要原因。研究了溶胶-凝胶法合成的含量分别为5wt%,10wt%,12.5wt%,15wt%和20wt%的纳米Al2O3复合聚酰亚胺薄膜的介电常数、介质损耗角正切与频

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 国内外研究现状及分析
  • 1.3 课题来源及论文主要研究内容
  • 第2章 纳米复合电介质的结构特征及介电特性
  • 2.1 物理学研究的尺度层次
  • 2.2 纳米微粒与结构的基本物理效应
  • 2.3 纳米高聚物复合物的结构与性能
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 DUPONT 耐电晕聚酰亚胺薄膜结构及表面形貌分析
  • 3.1 耐电晕聚酰亚胺薄膜的结构分析
  • 3.2 电晕老化后薄膜表面的形貌分析
  • 3.3 老化后薄膜表面形貌的原子力显微镜表征
  • 3.4 本章小结
  • 第4章 DUPONT 耐电晕聚酰亚胺薄膜的介电特性
  • 4.1 介电谱特性
  • 4.2 电导电流特性
  • 4.3 退极化电流和载流子视在迁移率
  • 4.4 温度对电老化阈值的影响
  • 4.5 热激电流特性
  • 4.6 本章小结
  • 2O3复合聚酰亚胺薄膜介电性研究'>第5章 纳米AL2O3复合聚酰亚胺薄膜介电性研究
  • 5.1 介电常数和介质损耗角正切
  • 5.2 热激电流特性
  • 5.3 电导电流特性
  • 5.4 直流电导率、耐电强度和耐电晕时间
  • 5.5 电晕老化前后薄膜表面的AFM 形貌
  • 5.6 本章小结
  • 2及SIO2-AL2O3复合聚酰亚胺薄膜的介电性研究'>第6章 纳米SIO2及SIO2-AL2O3复合聚酰亚胺薄膜的介电性研究
  • 2 复合聚酰亚胺薄膜的介电特性'>6.1 纳米SIO2复合聚酰亚胺薄膜的介电特性
  • 2-AL2O3 复合聚酰亚胺薄膜的介电特性'>6.2 纳米SIO2-AL2O3复合聚酰亚胺薄膜的介电特性
  • 6.3 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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