分別以導電炭黑（C-CB）和絕緣炭黑（I-CB）作為納米填充相,研究不同性能炭黑（CB）對低密度聚乙烯（LDPE）空間電荷特性的影響。采用多種測試方法對CB微觀形貌和表面化學特性進行表征。利用電聲脈沖（PEA）法測量LDPE及其納米復合介質的空間電荷分布,并結合動態(tài)機械分析法（DMA）和熱刺激電流法（TSC）探索CB改善LDPE空間電荷特性的作用機理。結果表明:C-CB比I-CB具有更長的鏈狀結構和較少的表面基團,可與LDPE產生更強的相互作用;C-CB/LDPE和I-CB/LDPE納米復合介質均能夠有效地抑制空間電荷積聚,其中前者的空間電荷抑制能力更強。分析認為復合介質空間電荷性能改善是由于CB與LDPE相互作用,減少了參與α松弛的分子形成的缺陷數(shù)量,降低了LDPE內的陷阱密度。 

【文章來源】：電機與控制學報. 2017,21(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

－CB及I－CB的TEM照片

圖1C－CB及I－CB的TEM照片F(xiàn)ig．1TEMimagesofC－CBandI－CB圖2C－CB和I－CB的紅外光譜圖Fig．2FTIRspectraofC－CBandI－CB圖3C－CB和I－CB的光電子能譜Fig．3XPSspectraofC－CBandI－CB2．2CB粒子分散性本文應用日立SU8020掃描電鏡(scanningelec-tronmicroscope，SEM)觀察CB顆粒在LDPE基體中的分散狀態(tài)。將厚度為1mm的CB/LDPE納米復合介質試樣浸入液氮內進行冷凍和脆斷，然后對試樣斷面進行觀察。日立SU8020掃描電鏡采用冷場發(fā)射技術，可在較低的加速電壓下進行測試，從而抑制電荷積聚現(xiàn)象的發(fā)生，具有較強的成像能力。C－CB/LDPE和I－CB/LDPE納米復合介質在1kV加速電壓下觀察到的CB分散狀態(tài)如圖4所示，圖中圓圈標記的為CB顆粒。由圖4(a)和4(b)可以看出，填加的C－CB和I－CB顆粒都均勻的分散于LDPE基體中幾乎無團聚現(xiàn)象。復合介質內的C－CB和I－CB顆粒都達到了納米級分散，粒徑在100nm左右。2．3空間電荷特性LDPE的空間電荷特性如圖5(a)所示，由圖5(a)可知，在40kV/mm場強下極化30s時LDPE試樣內部已有明顯空間電荷積聚，并隨著電場作用時間的延長，積聚的電荷量逐漸增加。C－CB/LDPE納米復合介質的空間電荷分布如圖5(b)所示，由圖可知可以看出，在電場作用的30min時間范圍內僅在試樣中間位置有少量電荷出現(xiàn)，C－CB/LDPE納米復合介質表現(xiàn)出優(yōu)異空間電荷抑制能力。I－CB/LDPE納米復合介質的空間電荷分布如圖5(c)所示，由圖5(c)可見，在I－CB/LDPE納米復合介質的電極附近有少量空間電荷積聚，積聚的電荷量幾乎不隨電場作用時間發(fā)生變化。I－CB/LDPE納米復合介質積聚的電荷量明顯少于第6期閆志雨等:基于α松弛分析CB/LDPE納米復合介質空間電荷特性53

圖1C－CB及I－CB的TEM照片F(xiàn)ig．1TEMimagesofC－CBandI－CB圖2C－CB和I－CB的紅外光譜圖Fig．2FTIRspectraofC－CBandI－CB圖3C－CB和I－CB的光電子能譜Fig．3XPSspectraofC－CBandI－CB2．2CB粒子分散性本文應用日立SU8020掃描電鏡(scanningelec-tronmicroscope，SEM)觀察CB顆粒在LDPE基體中的分散狀態(tài)。將厚度為1mm的CB/LDPE納米復合介質試樣浸入液氮內進行冷凍和脆斷，然后對試樣斷面進行觀察。日立SU8020掃描電鏡采用冷場發(fā)射技術，可在較低的加速電壓下進行測試，從而抑制電荷積聚現(xiàn)象的發(fā)生，具有較強的成像能力。C－CB/LDPE和I－CB/LDPE納米復合介質在1kV加速電壓下觀察到的CB分散狀態(tài)如圖4所示，圖中圓圈標記的為CB顆粒。由圖4(a)和4(b)可以看出，填加的C－CB和I－CB顆粒都均勻的分散于LDPE基體中幾乎無團聚現(xiàn)象。復合介質內的C－CB和I－CB顆粒都達到了納米級分散，粒徑在100nm左右。2．3空間電荷特性LDPE的空間電荷特性如圖5(a)所示，由圖5(a)可知，在40kV/mm場強下極化30s時LDPE試樣內部已有明顯空間電荷積聚，并隨著電場作用時間的延長，積聚的電荷量逐漸增加。C－CB/LDPE納米復合介質的空間電荷分布如圖5(b)所示，由圖可知可以看出，在電場作用的30min時間范圍內僅在試樣中間位置有少量電荷出現(xiàn)，C－CB/LDPE納米復合介質表現(xiàn)出優(yōu)異空間電荷抑制能力。I－CB/LDPE納米復合介質的空間電荷分布如圖5(c)所示，由圖5(c)可見，在I－CB/LDPE納米復合介質的電極附近有少量空間電荷積聚，積聚的電荷量幾乎不隨電場作用時間發(fā)生變化。I－CB/LDPE納米復合介質積聚的電荷量明顯少于第6期閆志雨等:基于α松弛分析CB/LDPE納米復合介質空間電荷特性53

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]聚乙烯基無機納米復合電介質的陷阱特性與電性能研究[D]. 田付強.北京交通大學 2012



本文編號：3302582