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纳米改性聚丙烯复合绝缘材料性能研究Ⅰ——在交流电场下的击穿特性

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南方电网技术 2021年第1期15卷 41-47页

作者：张楚岩杨松澎廖一帆张福增王国利王黎明刘慧芳徐惠勇中国地质大学(北京)信息工程学院北京100083 重庆大学电气工程学院重庆400044 南方电网电力科学研究院广州510663 清华大学深圳国际研究生院广东深圳518055

聚丙烯作为一种复合绝缘材料目前已广泛应用于射频电容器及电力电缆等设备中。聚丙烯混合天然纳米黏土颗粒后可作为一种纳米复合绝缘材料应用于实际工程中。本文旨在通过实验及理论的研究获取该复合绝缘材料的电气性能,为其应用提供技... 详细信息

聚丙烯作为一种复合绝缘材料目前已广泛应用于射频电容器及电力电缆等设备中。聚丙烯混合天然纳米黏土颗粒后可作为一种纳米复合绝缘材料应用于实际工程中。本文旨在通过实验及理论的研究获取该复合绝缘材料的电气性能,为其应用提供技术支持。首先搭建了一套用于测试材料电气击穿特性的综合实验平台,接着分别在2种不同的加压方式下测量得到了混合不同重量比例(0%、2%和6%)纳米黏土颗粒的聚丙烯绝缘薄膜的电流密度及击穿场强值。研究结果表明:1)混合纳米颗粒的聚丙烯其击穿场强要明显高于未经纳米黏土添加的试品;2)复合绝缘材料电流密度与电场强度之间呈现非线性的函数关系,并有饱和趋势。随着电场强度的增加,复合绝缘材料的相对介电常数也发生着变化。在本文的实验样品范围内,纳米黏土颗粒的添加比重为2%时对于材料电气性能的提升较为明显。本文的研究成果可为聚丙烯复合绝缘材料的应用提供参考。

关键词：纳米电介质聚丙烯击穿电场介电常数电流密度复合绝缘

显微结构对BaTiO3陶瓷电热特性与击穿电场的影响

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显微结构对BaTiO3陶瓷电热特性与击穿电场的影响

中国电子学会第十六届电子元件学术年会

作者：白洋丁凯张风帆乔利杰北京科技大学新材料技术研究院环境断裂教育部重点实验室

本论文研究了显微结构对BaTiO陶瓷电热特性与击穿电场的影响。采用固相反应法制备BaTiO粉体,经干压结合冷等静压工艺成型后,在不同温度下烧结成陶瓷样品。随烧结温度提高,陶瓷晶粒长大、结构更加致密,由此导致极化强度与电热效应绝热变... 详细信息

本论文研究了显微结构对BaTiO陶瓷电热特性与击穿电场的影响。采用固相反应法制备BaTiO粉体,经干压结合冷等静压工艺成型后,在不同温度下烧结成陶瓷样品。随烧结温度提高,陶瓷晶粒长大、结构更加致密,由此导致极化强度与电热效应绝热变温明显提高,但击穿电场下降。等静压工艺可进一步提升瓷体致密度并促进晶粒长大,使电热效应提升。

关键词：铁电微制冷器钛酸钡电热效应击穿电场显微结构

来源： cnki会议评论

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铌酸钠基储能陶瓷材料的制备及其性能研究

铌酸钠基储能陶瓷材料的制备及其性能研究

作者：刘辰蛟陕西科技大学

学位级别：硕士

近年来传统化石能源材料的不断消耗使得能源危机日趋严重。加快研究发展对环境友好、成本低廉的可再生能源刻不容缓。相较于电池与电化学电容器,陶瓷介质电容器具备放电速率快、介电常数高等优点。然而目前实际应用中最为广泛的储能陶... 详细信息

近年来传统化石能源材料的不断消耗使得能源危机日趋严重。加快研究发展对环境友好、成本低廉的可再生能源刻不容缓。相较于电池与电化学电容器,陶瓷介质电容器具备放电速率快、介电常数高等优点。然而目前实际应用中最为广泛的储能陶瓷是有毒的含铅类陶瓷,通过研究更为环保安全的无铅陶瓷来取代对环境有危害的铅基陶瓷是迫在眉睫的。在目前的无铅陶瓷体系内,铌酸钠无铅反铁电陶瓷具有较宽的带隙、宽的烧结温度、较高的极化强度和低廉的成本,使其在储能应用方面具有很大的潜力,本论文致力于铌酸钠基陶瓷的改性,并对其介电、铁电以及充放电等性能进行研究与分析。采用传统固相法制备了(1-x)NaNbO3-x(Sr0.85Bi0.1)(Mg1/3Nb2/3)O3(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20)无铅陶瓷(简记为(1-x)NN-xSBMN),SBMN 的掺杂明显降低了体系的晶粒尺寸,提高了样品的击穿场强。当外加电场达到420 kV/cm时,0.90NN-0.10SBMN储能陶瓷能够收获优秀的有效储能密度(Wrec)2.43 J/cm3和较高的储能效率(η)68.3%,同时该陶瓷具备优秀的温度、频率稳定性。此外,0.90NN-0.10SBMN陶瓷在充放电测试中展示出超快的放电速率t0.9=52.0 ns和优秀的功率密度36.23 MW/cm3。通过传统固相法制备了(1-x)NaNbO3-x(Bi0.5La0.5)(Mg2/3Ta1/3)O3(x=0,0.06,0.08,0.10,0.12)无铅储能陶瓷(简记为(1-x)NN-xBLMT),通过在NN陶瓷的A位和B位中分别引入(Bi0.5La0.5)3+和(Mg2/3Ta1/3)3+导致陶瓷内晶格产生畸变,使得内部铁电的长程有序遭到破坏,从而抑制体系剩余极化强度(Pr),减小晶粒尺寸,以获得优秀的Wrec和η。在440 kV/cm击穿电场下 0.90NN-0.10BLMT 陶瓷样品展现出Wrec(3.69 J/cm3)和η(78.0%)的优异储能性能。在充放电测试中,0.90NN-0.10BLMT陶瓷样品在室温下获得超快的放电速率t0.9=23.6 ns。使用传统固相法制备了(Na1-3/2xBi3/2x)(Nb1 xNix)O3(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20)储能陶瓷(简记为NBNNx),Bi3+和Ni2+的加入可以有效降低NN陶瓷的烧结温度,有效防止高温下Na+的挥发,Bi3+的6p轨道与O2-的2p轨道的杂化有利于促进最大极化强度(Pmax)的提升,同时在平均电负性较低的B位掺杂非同价的Ni2+,会形成随机局域场,从而增强离子键,破坏内部的长程有序,使得Pr降低。其中最佳组分NBNN0.10陶瓷在360 kV/cm的外加电场下,收获了极佳的Wrec(3.42 J/cm3)的同时取得不俗的η(78.2%)。除此以外,介电温谱图证明了体系有较明显的弛豫特性,在200 kV/cm电场下NBNN0.10陶瓷样品在不同的温度和频率下Wrec变化率均小于4%,表现出优秀的温度稳定性与频率稳定性。通过传统固相法在NN陶瓷掺杂Bi3+和Ni2+的基础上引入Sm3+和Zr4+,制备了(1-x)NaNbO3-x(Bi0.7Sm0.3)(Ni0.5Zr0.5)O3(x=0,0.04,0.07,0.10,0.13)无铅储能陶瓷(简记为(1-x)NN-xBSNZ),Sm3+和Zr4+的加入助于减小体系晶粒尺寸,增强体系弛豫性,从而提高材料的储能性能。铁电测试表明0.90NN-0.10BSNZ陶瓷样品能在440 kV/cm的高击穿电场下可以得到超高的Wrec(4.16 J/cm3),同时取得极佳的η(88.4%)。此外,在对0.90NN-0.10BSNZ陶瓷样品进行充放电测试中,室温条件下获得极快的放电速率t0.9=24.6 ns,并且能在高温环境下保持稳定,同时功率密度达19.58 MW/cm3。

关键词：铌酸钠无铅陶瓷击穿电场储能放电速率

反射式500kV全光纤电压传感器设计及电场分析

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传感技术学报 2013年第3期26卷 342-347页

作者：王河林杨爱军浙江工业大学理学院杭州310023

设计了一种基于两线偏振模(LP0x1和LP0y1)干涉和石英晶体逆压电效应的反射式500 kV全光纤高电压传感器系统,分析了传感器的测量原理,给出相应的信号解调方法,重点讨论了不同结构的光纤电压传感头的内外电场分布情况,结果表明,光纤电压... 详细信息

设计了一种基于两线偏振模(LP0x1和LP0y1)干涉和石英晶体逆压电效应的反射式500 kV全光纤高电压传感器系统,分析了传感器的测量原理,给出相应的信号解调方法,重点讨论了不同结构的光纤电压传感头的内外电场分布情况,结果表明,光纤电压传感头内部结构的不同会导致内外电场分布差别较大,通过优化系统得到,较长的弧形电极结构能使传感头的内外部电场强度分别降到1.19 kV/mm和2.79 kV/mm,均低于空气和石英晶体的击穿电场强度(3.5 kV/mm和>100 kV/mm),保证了系统的绝缘性和安全性,满足设计要求。

关键词：电压传感器保偏光纤击穿电场

PMMA/P(VDF-TrFE-CFE)基复合介质微结构设计与储能性能研究

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PMMA/P(VDF-TrFE-CFE)基复合介质微结构设计与储能性能研究

作者：冯梦佳哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

随着全球经济和科技的快速发展,对先进的储能技术和设备的需求也在飞速增长。与电池、超级电容器等相比,聚合物基电介质电容器具有充放电速度快、重量轻、可扩展性好、循环次数高等优点,在现代电子电力系统中发挥着重要而独特的作用。... 详细信息

随着全球经济和科技的快速发展,对先进的储能技术和设备的需求也在飞速增长。与电池、超级电容器等相比,聚合物基电介质电容器具有充放电速度快、重量轻、可扩展性好、循环次数高等优点,在现代电子电力系统中发挥着重要而独特的作用。提高聚合物基电介质的储能特性对于航空航天、军事等行业的发展具有重要意义。其中,聚合物的极化行为和击穿电场是决定其储能性能的关键因素。通过设计介质的微观结构从而调控介质的极化和击穿特性是优化介质储能性能的重要手段,相关研究具有重要的研究意义。针对传统单一聚合物基电介质不能兼顾介电性能和击穿特性的问题,本文提出通过将具有高绝缘特性和介电性能的聚合物相结合,制备得到具有异质结构的复合介质,同时结合微观界面结构设计,综合调控电介质的极化行为和击穿特性,提高介质的储能特性。本文选取具有良好相容性和不同介电、击穿特性的两种聚合物(聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和三元铁电聚合物(P(VDF-TrFE-CFE)))作为储能基本单元,制备复合介质并对其基本电性能进行研究。对单层介质的研究结果表明,PMMA具有良好的绝缘特性,但P(VDF-TrFE-CFE)的介电常数为PMMA的2.4倍。接着,本文提出通过掺杂高介电无机钛酸锶纳米纤维(SrTiO NFs)进一步改善P(VDF-TrFE-CFE)层的极化特性。研究表明,SrTiO纳米纤维的掺杂使得SrTiONFs/P(VDF-TrFE-CFE)复合介质的介电常数提高了10%,储能密度为8 J/cm,是原始P(VDF-TrFE-CFE)介质的两倍。为了提高复合介质的储能性能,在系统分析上述两种聚合物的极化行为与储能性能的基础上,充分利用PMMA与P(VDF-TrFE-CFE)介质的电学特点,本文提出通过设计并调控多层复合介质的宏观结构及无机相含量而优化介质微观界面状态和极化特性,并改善复合介质的储能性能。研究表明,基于电容器串联模型,PMMA-SrTiO NFs/P(VDF-TrFE-CFE)复合介质的相对介电常数ε介于介质PMMA(ε=4.7,10 Hz)和3 vol%SrTiONFs/P(VDF-TrFE-CFE)复合介质(ε=12.34,10 Hz)之间,且随着叠层界面数量的增加先增大后减小。研究证明,PMMA-SrTiO NFs/P(VDF-TrFE-CFE)复合介质的储能密度和储能效率与储能单元相比均有一定提高。为了减少无机填充相带来的击穿性能劣化影响,进一步提升复合介质的储能性能,本文构筑了不同层数全有机复合介质。研究发现,对于全有机复合介质而言,随着叠层界面数量的增加,PMMA/P(VDF-TrFE-CFE)复合介质的介电常数先增大后减小,当层数为7时介电常数达到最大为8.3,是三层复合介质的1.3倍;击穿场强也呈现先增大后减小的变化规律,当层数为9时击穿场强最大约为390 kV/mm,储能密度为16 J/cm。以上研究证明了界面设计在优化复合介质的极化行为和击穿特性方面的重要作用。

关键词：界面击穿电场多层结构极化耦合储能特性

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编者按

人工晶体学报 2020年第11期49卷 I0002-I0003页

作者：徐科王新强黎大兵不详

作为微电子和光电子的关键支撑材料,半导体晶体无疑是当今最重要的功能材料之一。以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石(Diamond)、氧化镓(Ga2O3)和氮化铝(AlN)等为代表的第三代半导体晶体,具有高击穿电场、高饱和电子速度... 详细信息

作为微电子和光电子的关键支撑材料,半导体晶体无疑是当今最重要的功能材料之一。以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石(Diamond)、氧化镓(Ga2O3)和氮化铝(AlN)等为代表的第三代半导体晶体,具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点,可广泛应用于光电器件和高功率器件,被视为未来支撑信息、能源、交通、国防等产业发展的重点新材料,是各国竞相发展的战略性新兴产业。

关键词：光电器件高迁移率击穿电场半导体晶体氧化镓战略性新兴产业高热导率电子密度

Lightning in Saturn's atmosphere

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Chinese Science Bulletin 2013年第14期58卷 1650-1654页

作者： WU HanBo CHEN ChuXin CAS Key Laboratory of Geospace Environment Department of Geophysics and Planetary Sciences School of Earth and Space Sciences University of Science and Technology of China

There exists large-scale lightning in Saturn's water cloud. Based on the powerful moist convection in the water cloud, we establish a thermal-induced convective model to interpret the mechanism for the processes of charge generation and separation. We also estimate the breakdown field of Saturn's atmosphere quantitatively and interpret the discharge process.

关键词：大气层土星闪电解释机制对流模型放电过程定量解释击穿电场

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广东省第三代半导体创新发展刍议

广东科技 2022年第1期31卷 44-46页

作者：赵维韦文求贺龙飞广东省科学院半导体研究所广东省生产力促进中心

第三代半导体是指以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)为代表的宽禁带半导体(禁带宽度大于2 eV),近年来扩展至氮化铝(AlN)、金刚石、氧化镓(Ga_(2)O_(3))、氮化硼(BN)等超宽禁带半导体。相比于以硅(Si)、锗(Ge)为代表的第一代半导体和以砷化镓(G... 详细信息

第三代半导体是指以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)为代表的宽禁带半导体(禁带宽度大于2 eV),近年来扩展至氮化铝(AlN)、金刚石、氧化镓(Ga_(2)O_(3))、氮化硼(BN)等超宽禁带半导体。相比于以硅(Si)、锗(Ge)为代表的第一代半导体和以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为代表的第二代半导体,第三代半导体具有更大的禁带宽度和击穿电场、更高的工作频率和电子漂移饱和速度、更稳定的物理化学性质等优异特性,可满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及高辐射等恶劣条件的要求。第三代半导体是推动半导体集成电路产业实现“超越摩尔”的重要材料,是新一代通信、新能源汽车、轨道交通、智能电网、新型显示、航空航天等诸多高技术领域无可替代的“核芯”,也是实现碳达峰、碳中和、以及新型基础设施建设等国家战略需要的重要环节,正逐渐成为全球各国取得竞争优势的战略高地。

关键词：半导体集成电路宽禁带半导体现代电子技术击穿电场氧化镓第三代半导体新一代通信电子漂移

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Y_2O_3/Si界面电学特性研究

中国科技论文 2016年第5期11卷 513-515页

作者：王旭贾仁需张玉明西安电子科技大学微电子学院西安710071

为了研究不同退火温度对Y2O3/Si界面电学特性的影响,对Y2O3/Si界面做快速热退火处理。用C-V和I-V方法对Al/Y2O3/Si/Al MOS电容进行电学特性测试。结果表明:界面态密度随着退火温度升高而减小,此外,经400℃退火后,MOS电容有最大的击穿场... 详细信息

为了研究不同退火温度对Y2O3/Si界面电学特性的影响,对Y2O3/Si界面做快速热退火处理。用C-V和I-V方法对Al/Y2O3/Si/Al MOS电容进行电学特性测试。结果表明:界面态密度随着退火温度升高而减小,此外,经400℃退火后,MOS电容有最大的击穿场强(5 MV/cm),这是由于在400℃退火条件下陷阱密度减小,界面特性改善;由于Y2O3的结晶温度低,在500℃下Y2O3结晶,形成漏电路径,导致漏电流增加,击穿场强减小,在600℃时击穿电场仅有1.5MV/cm;由以上结果可以得出,随着退火温度的增加,界面陷阱密度会减小,但高温(>500℃)会使Y2O3结晶,导致漏电流增大,击穿电场减小。

关键词： Y2O3/Si界面退火界面态密度击穿电场