《界面可控納米電介質空間電荷長期演化規律研究》是依託清華大學，由張靈擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：界面可控納米電介質空間電荷長期演化規律研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：張靈
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米電介質是重要的基礎絕緣材料，在高壓直流電纜、特高壓輸變電設備和儲能系統等領域具有廣闊套用前景。目前，聚合物基納米電介質難以解決納米糰聚問題，比表面積受到極大限制，而納米粒子/聚合物基體界面的功能化所引入的極性基團與納米粒子分散性間的矛盾，面臨現實的理論及技術瓶頸，極大地限制了納米電介質材料的性能和套用研究。空間電荷的注入和積聚是引起塑膠直流電纜絕緣可靠性問題的主因，本課題擬以納米複合交聯聚乙烯材料的空間電荷長期演化為研究目標，通過研究界面組成結構的調控原理和方法、混合雙峰接枝策略解決功能化納米粒子團聚問題、界面陷阱分布及形成機制，以及短時絕緣性能，最終建立界面組成結構與空間電荷長期演化機制間的關聯。在此基礎上，最佳化界面的組成結構，實現高性能納米複合交聯聚乙烯材料的開發。課題研究有望在基礎以及套用方面為納米電介質界面的設計和調控提供新思路。
結題摘要
直流電纜已成為高壓直流輸電系統的關鍵組成，越來越多的高壓直流電纜輸電工程相繼建成並投運。然而，實際運行中直流電纜面臨著多物理場下空間電荷和電導問題，制約電纜有效載荷的提高，影響電纜的運行可靠性。本課題針對界面可控納米複合交聯聚乙烯（XLPE），並綜合了化工、材料、高壓測試等學科技術，圍繞著交聯聚乙烯空間電荷的抑制及其長期特性開展研究，並對基礎電學性能、陷阱特性開展了測試，形成了直流電場下空間電荷抑制技術。研究成果為直流電纜絕緣料的研發和評價提供了重要參考。為製備界面可控納米複合XLPE，基於可逆加成-斷裂轉移自由基聚合法（RAFT）對納米粒子進行了表面接枝改性。選取了與聚乙烯具有相似結構的甲基丙烯酸十八烷基酯（SMA）合成表面接枝的聚合物刷，並實現了聚合物刷接枝密度和分子量的定量調控。提出了多峰混合接枝策略，實現了聚合物刷與電活性小分子功能基團的共同接枝。對納米添加2 wt%的納米複合XLPE材料進行了理化性能表征和顯微結構觀測，給出了納米分散效果最好的優選接枝參數（0.04 ch/nm2和45 kg/mol）。研究了多峰混合接枝納米複合XLPE試樣空間電荷的1000 h長期演化特性，發現在-30 kV/mm下內部電場畸變率不超過20%。 針對界面可控納米複合XLPE絕緣性能，開展了直流電導、直流擊穿和短時空間電荷特性測試。發現了優選參數組別直流電導穩態最小，直流擊穿強度較純XLPE提高35%，且完全抑制短時強電場下（-100 kV/mm）空間電荷的注入和積聚。本課題來源於實際直流電纜絕緣所面臨的空間電荷問題，採用了多學科交叉手段開展高性能納米複合XLPE的研發，獲得了空間電荷抑制效果良好的制樣工藝參數，為有效抑制空間電荷的納米複合技術提供了新思路。
