聚合物纳米复合电介质电热耦合分子断裂击穿特性与机理研究
Characteristics and mechanism of electrothermally coupled molecular fracture breakdown of polymer nanocomposite dielectrics作者机构：西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 中国工程物理研究院流体物理研究所绵阳621900 广东电网有限责任公司电力科学研究院广州510080
出 版 物：《中国科学：技术科学》 (Scientia Sinica(Technologica))
年 卷 期：2024年第54卷第4期
页 面：625-635页
核心收录：
学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）]
基 金：国家自然科学基金面上项目(批准号:52077162) 国家自然科学基金委员会与中国工程物理研究院联合基金项目(批准号:U1830131)资助。
摘 要：薄膜介电电容器是电力系统、新能源汽车及电磁能装备中广泛使用的高功率储能设备.但面对越来越高的工作温度,电介质的击穿强度急剧下降,导致电容器的储能密度大幅减小.为了明确电介质击穿特性和温度间的定量关系,本文制备了聚丙烯/氧化铝和聚醚酰亚胺/氧化铝纳米复合电介质,研究其击穿强度的温度依赖性.结果表明,电介质的击穿场强随温度升高下降幅度增大,两者间为凸函数关系.但传统击穿模型均得到击穿强度与温度的变化为凹函数关系,与实验结果不符.本文建立了电热耦合分子断裂击穿模型,模型解析值与实验数据的最大误差仅为3.57%;从分子定向运动导致局部分子链相互作用强度下降的角度揭示了聚合物的击穿机理;纳米填料掺杂会导致复合电介质中的分子链受到束缚,界面区分子链间相互作用增强,并减少弱束缚分子链段,提升电介质的击穿场强及其温度稳定性.该研究为开发耐高温储能电容器提供了理论模型支持.
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