劉衍,周求寬,趙晶軒,尹桂來,趙純,李建英,李盛濤

(1.國家電網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院,330096,南昌;2.西安交通大學(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,710049,西安)

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交互區(qū)對(duì)納米Al2O3-環(huán)氧樹脂復(fù)合電介質(zhì)短時(shí)擊穿特性的影響

劉衍1,周求寬1,趙晶軒2,尹桂來1,趙純2,李建英2,李盛濤2

(1.國家電網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院,330096,南昌;2.西安交通大學(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,710049,西安)

為了對(duì)納米復(fù)合電介質(zhì)的電氣性能變化與顯微結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系進(jìn)行深入研究,以雙酚A型環(huán)氧樹脂為基體,通過機(jī)械分散法制備了不同濃度的納米Al2O3-環(huán)氧樹脂復(fù)合電介質(zhì)。利用掃描電鏡對(duì)試樣的斷面進(jìn)行了觀測,研究了不同含量的納米粒子對(duì)復(fù)合電介質(zhì)介電響應(yīng)和工頻擊穿特性的影響。結(jié)果表明:納米粒子在環(huán)氧樹脂基體中分散均勻;隨著摻雜量的增加,復(fù)合材料的介電常數(shù)和低頻損耗先下降后上升,在納米粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)達(dá)到最低;工頻擊穿場強(qiáng)先增大后減小,在納米粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)達(dá)到最大,為43 400 V/mm,相對(duì)純環(huán)氧樹脂提高約11.8%。分析認(rèn)為,納米粒子與環(huán)氧樹脂之間形成的交互區(qū)是影響短時(shí)擊穿的主要因素。微量摻雜時(shí),交互區(qū)的厚度小于載流子的自由程,抑制載流子遷移,進(jìn)而增大擊穿場強(qiáng),隨著納米摻雜量提高,交互區(qū)會(huì)發(fā)生重疊,降低擊穿場強(qiáng)。

環(huán)氧樹脂;納米Al2O3;工頻擊穿場強(qiáng);交互區(qū);短時(shí)擊穿模型

環(huán)氧樹脂(EP)因機(jī)械性能好、電氣性能優(yōu)良、耐腐蝕等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于電氣領(lǐng)域,起著支撐、隔離以及防塵等作用。隨著我國輸電電壓等級(jí)提升和容量增大,僅純環(huán)氧樹脂難以滿足電力工業(yè)的需要,因此往往通過添加無機(jī)納米粒子,如硅氧化物、金屬氧化物和氫氧化物來提高環(huán)氧樹脂的性能。文獻(xiàn)[1]發(fā)現(xiàn),當(dāng)經(jīng)修飾后的碳管質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí),拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率分別增加了84.3%和150%,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高了32 ℃,復(fù)合材料的介電常數(shù)高達(dá)25.8;文獻(xiàn)[2]研究表明摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的納米層狀硅酸鹽、納米SiO2和納米TiO2均能提高環(huán)氧樹脂的擊穿場強(qiáng);文獻(xiàn)[3]發(fā)現(xiàn)低含量的納米Al2O3摻雜可以提高環(huán)氧樹脂的擊穿場強(qiáng),但隨著摻雜量的進(jìn)一步增加,環(huán)氧樹脂的擊穿場強(qiáng)開始下降;文獻(xiàn)[4]研究了微米和納米Al2O3-環(huán)氧樹脂的擊穿特性,隨著微米Al2O3摻雜量的增加其擊穿場強(qiáng)下降,而加入適量的納米Al2O3可以使擊穿場強(qiáng)上升,這是由于不同尺度摻雜導(dǎo)致的擊穿機(jī)理不同決定的;文獻(xiàn)[5]發(fā)現(xiàn)少量納米摻雜可以降低電導(dǎo)和介電常數(shù)從而提高擊穿場強(qiáng),認(rèn)為納米摻雜之所以可以改善環(huán)氧樹脂的性能主要是由于界面的影響,并由此提出新的勢壘模型。

為了探索納米粒子和環(huán)氧樹脂的作用方式,研究者們提出了很多理論和模型來解釋納米復(fù)合電介質(zhì)擁有優(yōu)異性能的原因。目前,廣受認(rèn)可的主要有兩種:Lewis的單層結(jié)構(gòu)模型[6-7]和Tanaka的多核模型[8]。后者可定性地解釋納米電介質(zhì)玻璃化溫度的改變、介電常數(shù)的下降、空間電荷的抑制等現(xiàn)象,但模型是假設(shè)性的,仍存在不足,如無法解釋改性和未改性納米粒子之間擊穿場強(qiáng)的區(qū)別[9]。

本文通過對(duì)不同摻雜濃度的納米Al2O3-EP復(fù)合電介質(zhì)進(jìn)行介電響應(yīng)和擊穿強(qiáng)度測試,研究了納米粒子和環(huán)氧樹脂基體之間的相互作用,認(rèn)為交互區(qū)是影響短時(shí)擊穿的主要因素,并基于前人的認(rèn)識(shí)和理解,提出了納米復(fù)合電介質(zhì)的短時(shí)擊穿模型。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試樣制備

試樣制備采用α相納米Al2O3,平均粒經(jīng)為(30±5) nm,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9%,由杭州萬景新材料有限公司提供;液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹脂為無錫樹脂廠生產(chǎn)的WSR618 E-51;固化劑選用GH-9303液態(tài)甲基四氫苯酐,由嘉興市東方化工廠生產(chǎn),其酸酐質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40.5%;促進(jìn)劑為2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚(DMP-30);偶聯(lián)劑選用3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺硅烷偶聯(lián)劑(KH-550)。

為了提高納米粒子與聚合物基體間的作用強(qiáng)度并改善納米粒子在基體中的分散性,本文選用偶聯(lián)劑KH-550對(duì)納米粒子表面進(jìn)行改性,其化學(xué)式為NH2(CH2)3Si(OC2H5)3,其中NH2(CH2)3—是親有機(jī)基團(tuán),能與聚合物基體的分子鏈發(fā)生反應(yīng);—Si(OC2H5)3通過水解可以和無機(jī)物表面形成物理或化學(xué)的結(jié)合,是親無機(jī)的基團(tuán),具體反應(yīng)過程如圖1所示。

圖1 納米粒子通過偶聯(lián)劑與聚合物基體的作用過程

將偶聯(lián)劑KH550和無水乙醇超聲分散混合,在得到的混合溶液1中加入納米Al2O3粒子(KH550的質(zhì)量與納米粒子的質(zhì)量比為3∶100),之后超聲及高速剪切攪拌各15 min,得到混合溶液2;按比例加入環(huán)氧樹脂后高速剪切15 min,再得混合溶液3;此時(shí)在60 ℃下攪拌揮發(fā)乙醇,待乙醇揮發(fā)完畢加入固化劑和促進(jìn)劑,按照廠家推薦固化流程(85 ℃固化6 h,105 ℃保溫2 h,125 ℃固化10 h)即可得納米Al2O3-EP復(fù)合電介質(zhì)。本文制備了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、1%、5%及10%的復(fù)合電介質(zhì),簡寫為EP-Al-0.1、EP-Al-1、EP-Al-5、EP-Al-10。

1.2 測試與表征

1.2.1 掃描電子顯微鏡測試 采用JSM-6390型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察納米粒子在環(huán)氧樹脂中的分散性。觀察之前將試樣置于液氮中冷卻脆斷并通過金離子濺射噴涂電極。

1.2.2 介電響應(yīng)特性測試 本文采用Novocontrol寬頻介電譜測試系統(tǒng)測量納米復(fù)合電介質(zhì)的介電響應(yīng)特性,研究不同摻雜濃度下介電常數(shù)實(shí)部和虛部隨著頻率和溫度的變化。測量的頻率范圍為10-1～106Hz,溫度范圍為-80～60 ℃。

1.2.3 擊穿性能測試 采用HJC-100 kV計(jì)算機(jī)控制電壓擊穿實(shí)驗(yàn)儀進(jìn)行工頻擊穿實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中將試樣和電極系統(tǒng)置于變壓器油中,升壓速率為2 kV/s。所用電極是直徑為25 mm的球-球電極,試樣是直徑為100 mm、厚度為1 mm的圓片,每個(gè)摻雜濃度采用10個(gè)試樣用于本實(shí)驗(yàn)。擊穿數(shù)據(jù)采用Weibull分布函數(shù)進(jìn)行分析處理。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 納米Al2O3粒子在環(huán)氧樹脂基體中的分散性

圖2所示為EP-Al-1試樣的SEM照片,圖中偏亮的顆粒為納米粒子,其尺寸處于幾十至一百納米范圍內(nèi),可以看出納米Al2O3粒子在環(huán)氧樹脂基體中分散比較均勻,未出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。

圖2 EP-Al-1試樣的SEM照片

2.2 納米Al2O3摻雜對(duì)環(huán)氧樹脂介電響應(yīng)的影響

圖3 室溫下環(huán)氧基納米復(fù)合電介質(zhì)的介電常數(shù)隨頻率的變化規(guī)律

圖3為環(huán)氧基納米復(fù)合電介質(zhì)在室溫下的介電常數(shù)隨頻率的變化關(guān)系。從圖中可以看出,在10-1～106Hz頻率范圍內(nèi),隨著摻雜量的增加,納米復(fù)合電介質(zhì)的介電常數(shù)呈現(xiàn)出先下降后上升的變化趨勢。當(dāng)摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí),納米復(fù)合電介質(zhì)具有最低的介電常數(shù),這說明微量的納米粒子摻雜可以降低納米復(fù)合電介質(zhì)的介電常數(shù)。

(a)純環(huán)氧試樣

(b)試樣EP-Al-1

(c)試樣EP-Al-5

(d)試樣EP-Al-10圖4 Al2O3-EP試樣的損耗因數(shù)溫譜圖

圖4為環(huán)氧基納米復(fù)合電介質(zhì)在不同溫度下的損耗因數(shù)(ε″)隨頻率的變化規(guī)律。可以看出,不同摻雜量的環(huán)氧基納米復(fù)合電介質(zhì)的損耗因數(shù)均呈現(xiàn)出一個(gè)明顯的損耗峰,且該峰隨著測試溫度的升高向高頻方向移動(dòng),表現(xiàn)出類Debye松弛行為。在同一溫度下,該損耗峰出現(xiàn)的頻率基本不隨摻雜量的變化而變化。

在低頻區(qū)(10-1～101Hz),摻雜后的環(huán)氧基納米復(fù)合電介質(zhì)的介電特性與純環(huán)氧表現(xiàn)出明顯的差異。如T=333 K時(shí),EP-Al-1和EP-Al-5試樣的ε″明顯低于純環(huán)氧試樣,即適量的納米Al2O3摻雜能有效地降低環(huán)氧的介電損耗。隨著摻雜量的進(jìn)一步增加,試樣的低頻損耗又出了增大的趨勢,如EP-Al-10試樣的ε″甚至高于純環(huán)氧試樣。

由于圖4中出現(xiàn)的損耗峰峰所對(duì)應(yīng)的松弛過程表現(xiàn)出類Debye行為,因此可以用Arrhenius方程對(duì)此峰的活化能進(jìn)行求解

fp(T)=f0e-E/kT

(1)

式中:fp為損耗峰的峰值頻率;f0為常數(shù);E為活化能;T為絕對(duì)溫度;k為玻爾茲曼常數(shù)。

圖5所示為不同摻雜量的環(huán)氧基納米復(fù)合電介質(zhì)損耗峰頻率(lnf)與溫度倒數(shù)(1/T)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。從中可以看出,兩者之間具有很好的線性關(guān)系。由圖5計(jì)算出的活化能如表1所示。

圖5 納米Al2O3-EP試樣損耗峰的頻率與溫度倒數(shù)間的關(guān)系

試樣類型活化能/eVEP060EP?Al?01EP?Al?1055EP?Al?5059EP?Al?10063

由表1可知,所有試樣的活化能均為(0.6±0.1) eV,與納米Al2O3的摻雜含量無關(guān)?？紤]到在同一溫度下,所有試樣的損耗峰頻率也與納米Al2O3的摻雜含量無關(guān),因此可以認(rèn)為,此損耗峰是由環(huán)氧樹脂的本征松弛過程所引起的。環(huán)氧樹脂為極性聚合物,其有3種本征松弛過程,即α、β及γ響應(yīng)。有研究者報(bào)導(dǎo),環(huán)氧基納米復(fù)合電介質(zhì)的β松弛過程的活化能約為0.6 eV[10-11]。因此,此損耗峰可能源自于環(huán)氧基體本身的β松弛響應(yīng)。

一般認(rèn)為,在聚合物中摻雜無機(jī)氧化物粒子,所摻雜的無機(jī)粒子會(huì)以缺陷中心的形式存在于聚合物中,并在基體中引入新的陷阱能級(jí)[12-15]。新引入的陷阱會(huì)捕獲載流子,在熱激發(fā)的作用下,捕獲的載流子將從陷阱中激發(fā)到導(dǎo)帶,此過程將會(huì)引入新的松弛過程。如納米TiO2-EP復(fù)合試樣的熱刺激電流測試結(jié)果顯示,在溫度高于100 ℃時(shí)出現(xiàn)一新峰,此峰是陷阱捕獲的空間電荷脫陷所造成的[13];SiO2-XLPE納米復(fù)合電介質(zhì)試樣中的介電譜中也觀察到一個(gè)新的松馳過程,此松弛過程是由捕獲載流子的釋放過程所引起的[15]。本文在所有環(huán)氧基納米復(fù)合試樣的介電溫譜中并沒有觀察到新的松弛過程,但這并不能說明沒有引入新陷阱,最有可能的原因是測試的溫度范圍不夠?qū)捈邦l率不夠低。

2.3 納米Al2O3對(duì)環(huán)氧樹脂工頻擊穿強(qiáng)度的影響

對(duì)環(huán)氧基納米復(fù)合電介質(zhì)的工頻擊穿場強(qiáng)進(jìn)行Weibull統(tǒng)計(jì)分布,得到Weibull分布參數(shù)如表2所示。

表2 環(huán)氧基納米復(fù)合電介質(zhì)的工頻擊穿時(shí)的Weibull參數(shù)

由表2可以看出,在工頻電場下,環(huán)氧基納米復(fù)合試樣的擊穿場強(qiáng)隨納米粒子含量的增加表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。在納米粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí),試樣EP-Al-1的工頻擊穿場強(qiáng)達(dá)到最大,約為43 400 V/mm,相對(duì)純環(huán)氧樹脂的擊穿場強(qiáng)(約為38 820 V/mm)提高約11.8%。試樣EP-Al-5、EP-Al-10的擊穿場強(qiáng)為42 160 V/mm和40 590 V/mm,分別提升8.6%和4.6%。所有Al2O3-EP納米復(fù)合試樣的工頻擊穿場強(qiáng)都高于純環(huán)氧樹脂的擊穿場強(qiáng)。

此外,從表2還可以看出,隨著摻雜量的增加,形狀參數(shù)先增大后減小。形狀參數(shù)反映的是擊穿數(shù)據(jù)分散性的程度,形狀參數(shù)越大,數(shù)據(jù)的分散性越小。材料的擊穿特性(場強(qiáng)和分散性)受材料的分子質(zhì)量、厚度、內(nèi)部缺陷、制備工藝等多種因素的影響,因此由形狀參數(shù)的大小可以推斷材料的內(nèi)部特征。在工頻電壓作用下,形狀參數(shù)的提高說明納米粒子在環(huán)氧樹脂中分布較為均勻,試樣內(nèi)部的雜質(zhì)和氣泡較少,尤其在低含量摻雜時(shí),納米粒子的引入對(duì)環(huán)氧體內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)的改善效果更為明顯。

3 分析與討論

一般而言,微量納米摻雜對(duì)于電介質(zhì)電氣性能的改善主要是由于交互區(qū)的產(chǎn)生而引發(fā)的[6,8]。文獻(xiàn)[8]提出了球形納米粒子與聚合物基體間的多核模型?；谇叭藢?duì)交互區(qū)的認(rèn)識(shí)和理解,本文提出了球形納米粒子與聚合物基體間交互區(qū)的結(jié)構(gòu)模型如圖6所示。此結(jié)構(gòu)模型主要由鍵合區(qū)、過渡區(qū)及正常區(qū)組成,從納米粒子表面往外,粒子與基體間的相互作用強(qiáng)度逐漸減弱,陷阱能級(jí)也隨著粒子表面距離的增大而變低。

圖6 納米粒子周圍交互區(qū)的模型結(jié)構(gòu)示意圖

偶聯(lián)劑改性會(huì)使得納米Al2O3粒子表面嫁接大量的有機(jī)基團(tuán)。在鍵合區(qū)內(nèi),納米Al2O3表面的有機(jī)基團(tuán)會(huì)發(fā)生電離,在靜電庫侖力和熱運(yùn)動(dòng)的作用下,會(huì)在納米Al2O3周圍吸附一些帶電離子;此外,納米Al2O3表面的未飽和鍵對(duì)帶電載流子有很強(qiáng)的捕獲作用,使得納米Al2O3表面帶有大量的電荷;在鏡像力的作用下,鍵合區(qū)內(nèi)會(huì)出現(xiàn)大量的異性束縛電荷。因此,在鍵合區(qū)內(nèi)會(huì)出現(xiàn)很強(qiáng)的內(nèi)電場,形成勢壘[16]。

由于交互區(qū)的Fermi能級(jí)與粒子、基體的Fermi能級(jí)不同,由金屬/半導(dǎo)體物理理論可知,會(huì)在交互區(qū)和基體間形成一空間電荷層及勢壘?？臻g電荷層的存在能有效地阻礙交互區(qū)附近的偶極子運(yùn)動(dòng),在一定程度上降低環(huán)氧樹脂的介電常數(shù)。另外,由于過渡區(qū)中存在大量的陷阱,部分帶電載流子將被陷阱所捕獲。在熱激發(fā)的作用下,被深陷阱所捕獲的載流子不能脫陷。為了保持納米粒子周圍附近的電中性,在交互區(qū)附近的基體中會(huì)積累出一些凈束縛電荷來補(bǔ)償鍵合區(qū)和過渡區(qū)中捕獲的電荷,從而形成勢壘,其略低于鍵合區(qū)勢壘。假設(shè)納米粒子在聚合物基體中均勻分散,在微量摻雜時(shí),納米Al2O3間的間距較大,可以忽略相鄰粒子間的長程作用力,此時(shí)納米粒子可以看成是孤立粒子[16]。

在納米Al2O3粒子理想分散的情況下,假設(shè)交互區(qū)所占的體積與納米粒子的體積相等,且粒子的直徑為30 nm,則交互區(qū)的厚度約為3 nm[8]。室溫下,絕大多數(shù)聚合物中載流子的平均自由程x約為幾納米[17-18],這就意味著過渡區(qū)的厚度可能小于載流子的平均自由程。

在外電場作用下,基體中的載流子很容易躍過交互區(qū)附近基體中的勢壘進(jìn)入過渡區(qū)中。此時(shí),一方面載流子會(huì)與過渡區(qū)中的缺陷相互碰撞,失去一部分從外電場中獲取的能量,遷移率降低；另一方面,由于交互區(qū)的厚度可能小于載流子的平均自由程,載流子不能從外電場中獲得足夠的能量克服鍵合區(qū)內(nèi)的勢壘,從而被陷阱所捕獲,可動(dòng)載流子的濃度降低。由于這兩個(gè)原因,導(dǎo)致環(huán)氧樹脂擊穿強(qiáng)度增大。另外,由于交互區(qū)的存在使得環(huán)氧樹脂中的自由體積增大,材料相對(duì)介電常數(shù)εr減小。

隨著納米Al2O3含量的增加,相鄰粒子間的間距減小,甚至相鄰粒子周圍的交互區(qū)重疊。交互區(qū)的重疊使得過渡區(qū)的厚度將得到極大的延伸,大于載流子的平均自由程。此時(shí),載流子可以從外電場中獲得足夠的能量從而躍過鍵合區(qū)的勢壘參與傳導(dǎo)。當(dāng)納米Al2O3的含量超過滲流閾值時(shí),相鄰粒子周圍交互區(qū)的重疊,在試樣體內(nèi)會(huì)形成許多局部傳導(dǎo)通道。在電場作用下,載流子沿著這些傳導(dǎo)通道傳輸,可以積累較高的能量并與交互區(qū)中的中性缺陷發(fā)生碰撞電離,導(dǎo)致環(huán)氧樹脂的擊穿強(qiáng)度下降[15]。

考慮到交互區(qū)的體積分?jǐn)?shù)隨納米粒子含量的增加而增大,可以認(rèn)為材料的自由體積也應(yīng)隨納米粒子含量的增加而遞增。由于自由體積對(duì)材料的εr起負(fù)作用,可以推測材料的εr將隨粒子含量的增加而單調(diào)下降。然而,事實(shí)是在納米粒子含量相對(duì)較高時(shí),材料的εr隨著粒子含量的增加而增大。這可以解釋為:自由體積的增大對(duì)材料的εr起負(fù)作用;粒子的εr高于基體,對(duì)復(fù)合材料的εr起正作用。哪種作用起主導(dǎo)與粒子的含量有關(guān),在粒子含量較低時(shí),前者起主要作用;在粒子含量較高時(shí),后者起主要作用。

4 結(jié) 論

(1)隨著摻雜濃度的增加,介電常數(shù)和損耗呈先下降后增加的趨勢。在納米粒子摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí),復(fù)合電介質(zhì)具有最低的介電常數(shù)和損耗。

(2)隨著納米粒子含量的增加,工頻擊穿場強(qiáng)先上升后下降,在納米粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)復(fù)合電介質(zhì)擊穿場強(qiáng)達(dá)到最高,相對(duì)純環(huán)氧樹脂提高約11.8%,且所有納米Al2O3-EP復(fù)合試樣的工頻場強(qiáng)都高于純環(huán)氧樹脂。

(3)提出球形納米粒子與聚合物基體間交互區(qū)的結(jié)構(gòu)模型,認(rèn)為微量摻雜時(shí),交互區(qū)的厚度小于載流子的自由程,抑制載流子遷移,進(jìn)而增大擊穿場強(qiáng),隨著納米摻雜量的提高,交互區(qū)會(huì)發(fā)生重疊,交互區(qū)的厚度大于載流子的自由程,在試樣內(nèi)部形成導(dǎo)電通道,使得擊穿場強(qiáng)降低。

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(編輯 杜秀杰)

Effect of Interaction Zone on Short-Time Breakdown of NanoAl2O3-Epoxy Composites

LIU Yan1,ZHOU Qiukuan1,ZHAO Jingxuan2,YIN Guilai1,ZHAO Chun2,LI Jianying2,LI Shengtao2

(1. State Grid Jiangxi Electric Power Research Institute, Nanchang 330096, China;2. State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)

To investigate the interrelation of nano-composite dielectrics between electrical performance and microstructure, nanoAl2O3-epoxy composites are prepared by mechanical dispersion method. It is observed by SEM that nanoAl2O3particles are well dispersed in epoxy matrix. The effects of nanoAl2O3on dielectric response and breakdown of epoxy are studied by dielectric property test and breakdown examination. With the increasing filler loading, the dielectric constant decreases first and then increases, and reaches the lowest when the mass fraction of nanoAl2O3gets 1%. The breakdown field strength has the opposite trend: it increases first and then decreases, and reaches the highest value of 43 400 V when the mass fraction of nanoAl2O3gets 1%, increasing by 11.8% compared with pure epoxy. It is indicated that interaction zone between nanoparticle and epoxy matrix plays an important role in short-time breakdown. When the content of the particles is small, the thickness of interaction zone is less than the carriers’ free path to block carriers to migrate, so the breakdown field strength increases. When the content increases, the overlapped interaction zone leads a lower breakdown field strength.

epoxy; nanoAl2O3; breakdown field strength; interaction zone; breakdown model

2016-05-12。 作者簡介:劉衍(1984—),男,高級(jí)工程師;李建英(通信作者),男,教授,博士生導(dǎo)師。 基金項(xiàng)目:陜西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015JM5243)。

時(shí)間:2016-09-22

10.7652/xjtuxb201612004

TM215.1

A

0253-987X(2016)12-0018-06

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