聚合物絕緣材料中空間電荷的注入、輸運、積聚和消散過程與材料的陷阱特性密切相關(guān)。為研究氧化石墨烯（GO）添加對聚乙烯材料陷阱特性的影響,制備了GO質(zhì)量分數(shù)分別為0.001%、0.005%、0.01%、0.02%、0.05%的氧化石墨烯/低密度聚乙烯（LDPE）納米復合材料,基于等溫表面電位衰減（ISPD）法研究了30℃、50℃和70℃下GO/LDPE納米復合材料的陷阱分布特性。研究發(fā)現(xiàn):GO/LDPE試樣均存在2個陷阱能級中心,隨GO質(zhì)量分數(shù)從0增加至0.05%,試樣陷阱能級呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢;當GO質(zhì)量分數(shù)為0.01%時,復合材料的深陷阱能級和密度最大;隨著溫度的升高,復合材料深陷阱中心所捕獲的電荷更易發(fā)生脫陷過程,從而導致復合材料視在深陷阱能級增大。分析認為,質(zhì)量分數(shù)為0.01%的GO納米添加可以增大復合材料深陷阱密度,降低載流子遷移率,從而有效抑制電荷向試樣內(nèi)部的遷移過程。 

【文章來源】：高電壓技術(shù). 2017,43(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

GO/LDPE納米復合材料斷面微觀形貌

李忠磊，韓晨磊，趙偉銘，等：基于等溫表面電位衰減法的氧化石墨烯/低密度聚乙烯納米復合材料陷阱分布特性3585試樣表面電位衰減特性曲線。實驗測試系統(tǒng)如圖2所示，電暈充電電極采用針–柵–板電極，柵電極距針尖和試樣表面距離均為5mm。針電極電壓8kV，柵極電壓6kV，電暈時間10min。電暈結(jié)束后，將試樣快速移動至表面電位計探頭下方，探頭下表面距試樣上表面距離為3mm，測量并記錄試樣表面電位衰減曲線。實驗電極裝置與電位計測量探頭均置于恒溫箱中，箱中溫度分別設(shè)定為30、50和70C，相對濕度保持25%。1.3基于ISPD的陷阱分布特性理論推導電荷的輸運與消散過程與電荷的入陷脫陷過程密切相關(guān)。對于ISPD法，針電極電暈產(chǎn)生的帶電離子會在外施電場作用下向試樣表面遷移并達到試樣表面，然后被試樣表層陷阱所捕獲，形成表面電荷積聚。一般認為，表面電荷通過3種途徑消散：一是與空氣中的帶電離子發(fā)生中和；二是沿試樣表面遷移；三是注入到試樣內(nèi)部并向地電極遷移[20]。本文實驗環(huán)境相對濕度被控制在約25%，因此忽略空氣中帶電離子對表面電荷的影響。同時，因柵電極的設(shè)置，使得電暈充電后試樣表面中心位置各處的表面電位基本相同，試樣表面切向方向的感應電場幾乎為0，故電荷難以沿試樣表面向地電極遷移。試樣表面電位與地電極之間形成感應電場，使得電荷受到一個指向地電極方向的庫侖力作用，導致陷阱中的電荷發(fā)生脫陷并向試樣內(nèi)部遷移�；赟immons和Tam提出的理論，假設(shè)表面電位衰減過程中電荷脫陷后不再發(fā)生入陷過程，并忽略空穴與電子的復合行為�？昭ū患ぐl(fā)到價帶所形成的電流密度J可表示為[21]()FnV0tn1()()()ed2EetEqLJfENEeEE=∫(1)式中：q為空穴電荷量；L為試樣的厚度；E為能級；E

=EE=kTln(υt)(8)基于ISPD法測量得到GO/LDPE的表面電位衰減特性，并對表面電位衰減曲線進行擬合得到Vs(t)函數(shù)表達式，利用式(7)、(8)即可得到試樣的陷阱能級分布特性。實驗表明，采用雙指數(shù)函數(shù)可以很好地對不同溫度下各組試樣的ISPD曲線進行擬合，雙指數(shù)函數(shù)表達式為12//s12()eettVtAAττ=+(9)式中：A1、A2和τ1、τ2均為擬合參數(shù)。利用式(7)和(8)對A1e–t/τ1和A2e–t/τ22部分對應的陷阱能級分布進行計算，分別得到2個陷阱中心對應的能級分布特性，見圖3。同時，分別計算深、淺陷阱能級分布的面積即得到2個陷阱中心的密度。2實驗結(jié)果與分析2.1體積電阻率測試采用三電極法測量GO/LDPE復合積電阻率。圖4為高阻計記錄的GO/LDPE復合材料電流密度隨極化時間的變化曲線。在極化的開始階段，測量的電流密度包括電容電流和電導電流；隨著測量時間的增加，電容電流分量逐漸減小，導致測量得到的電流不斷減小并逐漸趨近于試樣電導電流。隨著GO質(zhì)量分數(shù)從0增加至0.01%時，電導電流密度逐漸降低；而從0.01%增加到0.05%時，電流密度又明顯增大；當GO質(zhì)量分數(shù)為0.01%時，復合材料的電導電流密度最校對測量過程中電流密度的最后50個采樣點求平均值作為各組試樣的直流電導電流密度，并計算得到GO/LDPE復合材料直流電阻率，見表1。由表1可見，隨著GO質(zhì)量分數(shù)從0至0.05%增大，復合材料試樣體積電阻率呈先增大后減小的趨勢。當GO質(zhì)量分數(shù)為0.01%時，復合材料體積電阻率最大，與純LDPE試樣相比提高約15倍。而當GO質(zhì)量分數(shù)從0.01%增加到0.05%時，GO/LDPE復合材料的體積電阻率又明顯下降。2.2GO質(zhì)量分數(shù)對復合材料陷阱分布特性的影響圖5為實驗溫度70C時，不同GO質(zhì)量分數(shù)的LDPE

【參考文獻】：
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博士論文
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本文編號：3287849