本文關(guān)鍵詞：大氣壓低溫等離子體處理環(huán)氧樹脂加快表面電荷消散的研究

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【摘要】：環(huán)氧樹脂材料因其優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)等性能被廣泛地應(yīng)用于電力設(shè)備中。事實(shí)上,隨著直流高壓輸電等級(jí)的提高,介質(zhì)材料表面積聚的電荷成為制約其進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。利用低溫等離子體對(duì)材料進(jìn)行改性,在不影響材料本體的情況下改變表面的物理化學(xué)性能,可以實(shí)現(xiàn)加快表面電荷消散的目的。本文基于自主搭建的介質(zhì)阻擋放電(DBD)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),表面電位測(cè)試系統(tǒng)和沿面閃絡(luò)實(shí)驗(yàn)裝置,使用課題組自主研制的脈沖激勵(lì)電源,首先對(duì)不同激勵(lì)源下的電壓電流特性、光譜特性以及傳輸電荷特性進(jìn)行了對(duì)比研究。其次使用介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的低溫等離子體對(duì)環(huán)氧樹脂材料進(jìn)行表面處理,研究了不同因素下處理前后材料的表面電位衰減變化情況。同時(shí)對(duì)等離子體處理前后的環(huán)氧樹脂材料進(jìn)行了沿面閃絡(luò)測(cè)試。最后,借助于各種測(cè)量表征手段對(duì)等離子體處理加快表面電荷的消散這一現(xiàn)象進(jìn)行了探討。實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究了微秒和納秒激勵(lì)下的電壓電流特性。同種放電條件下,納秒激勵(lì)具有更高的電壓上升率,因此納秒激勵(lì)下的瞬時(shí)功率較高。但從電荷傳輸特性來(lái)看,對(duì)于單個(gè)脈沖放電能量,微秒激勵(lì)下的要大于納秒激勵(lì)下。間隙距離影響放電的模式轉(zhuǎn)化,放電能量隨間隙距離的增大呈先增大后減小的趨勢(shì)。搭建了一套完整的針-板電極表面電位測(cè)試系統(tǒng)。在針-板電極下,研究了多種因素下環(huán)氧樹脂材料表面電位衰減變化情況。結(jié)果表明等離子體處理可以明顯加快表面電位的衰減,這一結(jié)論在針-板電極和平面電極下均得到了驗(yàn)證。此外,衰減速率隨處理時(shí)間的增加呈先增加后減小的變化趨勢(shì),處理時(shí)間為180s時(shí)達(dá)到最大。材料老化對(duì)表面電位的衰減影響明顯。閃絡(luò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,等離子體處理可以在一定程度上提升沿面閃絡(luò)能力。表面電荷消散途徑的分析表明,表面?zhèn)鲗?dǎo)是電荷消散的主導(dǎo)途徑。材料改性表征的結(jié)果表明,空氣中等離子體處理具有提高表面電導(dǎo)率,淺化表面陷阱能級(jí)的作用,這是表面電荷衰減加快的主要原因�？傊�,重頻脈沖介質(zhì)阻擋放電處理能夠有效加快環(huán)氧樹脂材料表面電荷的消散,這對(duì)于拓展低溫等離子體的應(yīng)用有重要作用。
【關(guān)鍵詞】：介質(zhì)阻擋放電 電特性 表面電位 衰減率 改性表征
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM215
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-23
• 1.1 研究背景與意義10-11
• 1.1.1 等離子體分類10
• 1.1.2 聚合物材料改性及作用原理10-11
• 1.2 大氣壓介質(zhì)阻擋放電研究進(jìn)展11-16
• 1.2.1 放電物理特性12-14
• 1.2.2 介質(zhì)阻擋放電等離子體改性應(yīng)用14-15
• 1.2.3 實(shí)驗(yàn)室介質(zhì)阻擋放電及材料改性研究進(jìn)展15-16
• 1.3 聚合物材料表面電特性的研究現(xiàn)狀16-22
• 1.3.1 聚合物材料表面電荷動(dòng)態(tài)特性的研究進(jìn)展16-17
• 1.3.2 表面改性抑制電荷積聚的方法17-20
• 1.3.3 表面電荷動(dòng)態(tài)特性對(duì)沿面閃絡(luò)的影響20-22
• 1.4 本文主要內(nèi)容22-23
• 2 實(shí)驗(yàn)裝置23-31
• 2.1 脈沖電源原理與搭建23-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建25-26
• 2.3 等離子體參數(shù)測(cè)量26-28
• 2.3.1 電氣特性測(cè)量26-27
• 2.3.2 光學(xué)特性測(cè)量27-28
• 2.4 材料改性表征方法28-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 3 大氣壓下脈沖介質(zhì)阻擋放電特性31-47
• 3.1 納秒/微秒脈沖介質(zhì)阻擋放電特性對(duì)比31-39
• 3.1.1 典型電壓電流波形31-32
• 3.1.2 放電參數(shù)對(duì)DBD電氣特性的影響32-36
• 3.1.3 放電參數(shù)對(duì)DBD光學(xué)特性的影響36-39
• 3.2 傳輸電荷特性對(duì)比39-46
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置39-40
• 3.2.2 典型電壓電流波形及Q-V圖形40-43
• 3.2.3 不同因素下Q-V圖形的對(duì)比分析43-46
• 3.3 本章小結(jié)46-47
• 4 等離子體處理環(huán)氧樹脂材料對(duì)其表面電特性的影響47-66
• 4.1 表面電位測(cè)量系統(tǒng)裝置及搭建47-50
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置47-49
• 4.1.2 靜電探頭測(cè)量原理49
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程49-50
• 4.1.4 典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果50
• 4.2 材料選取與放電條件50-53
• 4.3 表面電位測(cè)試結(jié)果53-61
• 4.3.1 針-板電極下表面電位實(shí)驗(yàn)結(jié)果53-60
• 4.3.1.1 電壓幅值和加壓時(shí)間的影響53-54
• 4.3.1.2 相對(duì)濕度的影響54-55
• 4.3.1.3 柵極網(wǎng)的影響55-56
• 4.3.1.4 等離子體處理時(shí)間的影響56-58
• 4.3.1.5 老化的影響58-60
• 4.3.2 平面電極下表面電位實(shí)驗(yàn)結(jié)果60-61
• 4.4 沿面閃絡(luò)實(shí)驗(yàn)研究61-63
• 4.4.1 沿面閃絡(luò)實(shí)驗(yàn)裝置61-62
• 4.4.2 沿面閃絡(luò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果62-63
• 4.5 聚合物表面電荷消散影響途徑分析63-65
• 4.6 本章小結(jié)65-66
• 5 等離子體表面改性表征66-77
• 5.1 電導(dǎo)率測(cè)試66-68
• 5.1.1 三電極法測(cè)試原理66-67
• 5.1.2 不同處理時(shí)間下的電導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果67-68
• 5.2 水接觸角測(cè)試68-70
• 5.3 AFM測(cè)試70-72
• 5.4 XPS測(cè)試72-74
• 5.5 等離子體處理對(duì)環(huán)氧樹脂表面電荷消散的影響機(jī)理分析74-75
• 5.6 本章小結(jié)75-77
• 6 結(jié)論與展望77-79
• 6.1 主要工作總結(jié)77-78
• 6.2 未來(lái)工作展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-85
• 致謝85-86
• 作者在學(xué)期間研究成果86

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