压力膨化处理对正极性聚丙烯蜂窝膜的驻极体性质的影响

压力膨化处理工艺能够显著改善聚丙烯蜂窝薄膜（cellular polypropylene） 驻极体的压 电活性.通过热脉冲技术、表面电位衰减测量及TSD 电流谱分析等研究了经恒压正电晕充电 的聚丙烯蜂窝膜的陷阱能级分布特征，讨论了压力膨化处理工艺对这类蜂窝膜驻极体电荷稳 定性及电荷输运特性的影响.结果说明，PP 蜂窝膜内存在着位于中能级区的能值各异的三种 分立陷阱，深能值陷阱和浅能值陷阱的大多数位于孔洞膜近表面的体层或体内，而中等能值 陷阱则主要位于自由面附近.压力膨化处理改变了PP 蜂窝膜的能阱状态并在一定程度上降低 了这类孔洞膜驻极体的电荷储存稳定性，但没有明显影响其由慢再俘获效应占主导地位的脱 阱电荷输运特性. 关键词： 压力膨化处理 聚丙烯蜂窝膜 驻极体 电荷储存与陷阱分布 电荷输运     

聚丙烯孔洞铁电驻极体膜的电极化及其电荷动态特性

根据栅控恒压电晕充电组合反极性电晕补偿充电法的实验结果计算出铁电驻极体的极化强度.结果说明，伴随着薄膜内孔洞气体的Paschen击穿，该铁电体的极化强度随栅压增加而显著上升.利用上述充电方法和热刺激放电(TSD)谱的分析讨论了这类空间电荷型宏观电偶极子，及与其补偿的空间电荷热退极化的电荷动态特性；阐明了这两类俘获电荷的能阱分布，即构成宏观电偶极子的位于孔洞上下介质层内的等值异号空间电荷分别被俘获在深、浅两种能值陷阱内，而位于薄膜表面层的注入空间电荷则被俘获在中等能值陷阱中. 关键词： 反极性电晕补偿充电法 铁电驻极体 充电电流 热刺激放电     

低密度聚乙烯热压成型过程中的空间电荷

借助开路热刺激放电(TSD)电流及原位实时电荷TSD和电荷等温衰减测量，研究了低密度聚乙烯(LDPE)在热压成型过程中所产生的空间电荷特性.结果表明具有良好室温稳定性的成型电荷被束缚在两类陷阱能级中：浅阱和深阱，其陷阱中心深度分别约为0.92eV和1.31eV.初步的分析进一步表明了它们应该分别位于试样的表层和体内，为近表面陷阱和体陷阱. 关键词： 低密度聚乙烯(LDPE) 热压成型 空间电荷 热刺激放电(TSD)     

线性低密度聚乙烯中空间电荷陷阱的能量分布与空间分布的关系

使用激光感应压力波法和热刺激放电技术,系统地研究了直流高压作用下线性低密度聚乙烯(LLDPE)半导性电极试样中空间电荷的形成和演变及电荷陷阱分布和退极化过程.在直流高压作用下试样中空间电荷的分布明显地表现为两电极同极性电荷快速对称注入的特征,半导性电极与LLDPE的界面近乎呈现欧姆接触特征.LLDPE中的电荷陷阱分布表现出体内为浅陷阱、表层为深陷阱的特征.半导性电极与LLDPE薄片间的压合条件或电极材料对LLDPE表层的掺杂显著地影响表层陷阱的能量分布,导致表层中较深陷阱的深度和密度减小、较浅陷阱的密度增大.在整个短路退极化过程中,试样中正、负电荷的中心分别向距它们较近的电极迁移,而在开路退极后期则表现为与短路时不同的行为、被表层深陷阱再俘获的电荷脱阱后向背电极迁移. 关键词： 线性低密度聚乙烯 空间电荷 陷阱分布 热刺激放电     

等温结晶化条件对氟化孔洞聚丙烯膜电荷稳定性的显著影响

基于开路热刺激放电电流和电荷等温衰减测量系统地研究了等温结晶化条件对氟化孔洞聚丙烯(PP)膜电荷稳定性的影响.结果表明等温结晶化温度和时间对氟化PP膜的电荷稳定性或电荷陷阱的构造具有显著的影响,即使90 ℃,0.5 h的等温结晶化处理也能显著地加深其电荷陷阱、改善电荷的稳定性.而且随着等温结晶化温度的提高和时间的延长,电荷陷阱进一步被加深、电荷稳定性进一步被改善,如130 ℃,2 h以上的等温结晶化情形.衰减全反射红外分析和宽角X射线衍射分析表明,电荷稳定性的改善归因于PP膜的组成和结构变化.     

氟气处理孔洞聚丙烯膜显著改善的电荷存储特性

通过衰减全反射(attenuated total reflection,ATR)红外光谱分析与开路热刺激放电(thermally stimulated discharge,TSD)电流、原位实时电荷TSD和电荷等温衰减的测量,研究了氟气对孔洞聚丙烯(PP)膜的氟化改性及氟化改性对其驻极性能的影响.研究结果表明：尽管在负压状态且较低的氟气分压及较低的反应温度(约60℃)和较短的反应时间(约15min)下,氟气能有效地氟化孔洞PP膜,更易于氟化预氧化的孔洞PP膜,氟化改性的孔洞PP膜,尤其是预氧化后的氟化改性 关键词： 孔洞聚丙烯膜 氟气 氟化改性 电荷稳定性     

宏观电偶极子对聚丙烯铁电驻极体膜电荷储存及其动态特性的影响

利用栅控恒压电晕充电组合反极性电晕补偿充电法，研究了孔洞(单元电畴)内分布的空间电荷型宏观电偶极子的形成，及其增长对聚丙烯孔洞膜电极化期间的电流特性及电导率的影响. 借助等温表面电位衰减测量、开路和短路热刺激放电电流谱分析等，讨论了宏观电偶极子及其密度变化时的聚丙烯孔洞驻极体膜电荷储存稳定性及电荷动态特性. 实验结果说明：由电极化形成的宏观电偶极子的自身电场提高了聚丙烯孔洞驻极体膜的电导率，从而降低了驻极体膜电荷储存的稳定性. 对呈现弱极化强度的孔洞驻极体膜，以孔洞为畴结构基本单元内的宏观电偶极子，其两性空间电荷的大部分仅仅分别沉积在透镜状孔洞上下两壁的两端. 外激发脱阱电荷从脱阱位置的输运路径，主要是绕孔洞两边沿介质层迁移；而极化强度较高的样品，其两性电荷则分别分布在上下两壁的宽广区域内，脱阱电荷的大部分在驻极体电场驱动下从脱阱位置通过孔洞层间的介质层迁移并衰减.     

聚丙烯孔洞驻极体膜的化学表面处理及电荷稳定性

利用热刺激放电(Thermally Stimulated Discharge, TSD)电流谱、在线电荷TSD、电荷等温衰减测量和衰减全反射(Attenuated Total Reflection, ATR)红外光谱分析，本文系统地研究了经化学表面处理(萃取、氧化及氢氟酸)的聚丙烯(PP)孔洞驻极体膜的电荷储存稳定性及电荷稳定性提高的原因.结果表明：经适当地氧化和氢氟酸室温处理试样的TSD电流谱中在温位约为184℃处出现原膜所没有的非常强的新峰，电荷热稳定性得到显著的提高，这一电荷热稳定性通过高温充电工艺得到进一步地改善；适当延长室温下氢氟酸处理的时间或延长氧化时间，都会使处理膜的电荷稳定性得到提高.理论分析表明在线电荷TSD测量法可给出线性升温过程中电荷重心及驻极体电荷量变化的综合信息，结合TSD电流谱和初始电荷重心位置的测量，可精确地考察线性升温过程中电荷重心的在线变化. 关键词： 聚丙烯孔洞膜 表面氧化 氢氟酸处理 电荷稳定性 在线电荷TSD     

聚丙烯/氧化铝纳米电介质的陷阱与直流击穿特性

聚丙烯电介质的直流击穿场强是影响其储能密度的关键因素,纳米氧化铝掺杂是一种提高聚合物电介质击穿场强的有效方法,因此有必要开展聚丙烯/氧化铝纳米电介质直流击穿特性的研究.为了探究其直流击穿机理,通过熔融共混法制备了聚丙烯/氧化铝纳米电介质试样,观察了其显微结构,并对其表面电位衰减特性、体电阻率和直流击穿场强进行了测试.实验结果表明,随着纳米氧化铝含量的增加,深陷阱能级和密度、体电阻率和直流击穿场强都呈现先升高后降低的趋势,当纳米氧化铝含量为0.5 wt%时出现最大值,其中,直流击穿场强相比于未掺杂时可提高27%左右.根据纳米电介质交互区模型,分析了聚丙烯/氧化铝纳米电介质的显微结构和陷阱参数之间的关系.基于空间电荷击穿理论,利用陷阱参数对聚丙烯/氧化铝纳米电介质直流击穿机理进行了探讨.认为交互区为聚丙烯/氧化铝纳米电介质提供了更多深陷阱,而深陷阱能级和密度在较高纳米掺杂量时出现不同程度的降低可能是由双电层模型交互区重叠所致;深陷阱能级和密度的增加可降低载流子的注入量,进而提高其体电阻率和直流击穿场强.     

掺杂含量对环氧纳米复合电介质陷阱与空间电荷的影响

环氧纳米复合电介质具有抑制空间电荷积聚、高电阻率、高击穿强度等优异性能,对直流电力设备的发展具有重要的作用.但纳米粒子含量对纳米复合电介质陷阱、电导率和空间电荷的影响机理尚不清楚.本文在纳米复合电介质交互区结构模型的基础上提出了计算交互区浅陷阱和深陷阱密度的方法,得到了浅陷阱和深陷阱密度随纳米粒子含量的变化关系.随着纳米粒子含量的增加,浅陷阱密度逐渐增大,深陷阱先增加然后由于交互区重叠的影响而逐渐减少.研究了纳米粒子含量对浅陷阱控制载流子迁移率的影响,发现随着纳米粒子的增多,浅陷阱大幅增多,浅陷阱之间的平均间距迅速减小,导致载流子更容易在浅陷阱间跳跃迁移,浅陷阱控制载流子迁移率增大.建立了纳米复合电介质的电荷输运模型,采用电荷输运模型计算研究了环氧/二氧化钛纳米复合电介质的空间电荷分布、电场分布和电导率特性.发现在纳米粒子添加量较小时,交互区的深陷阱对电导的影响起主导作用;纳米粒子添加量进一步增加,浅陷阱对电导的影响将起到主要作用.     

表层氟化聚乙烯中的空间电荷

本文试图简要地汇集近年来与近期我们所取得的关于表面氟化对聚乙烯(PE) 空间电荷行为影响的研究结果, 总结与探讨PE中的空间电荷积累与其氟化层特性和特征间的关联. 这些结果显示在氟化反应气中没有氧存在时一个非常薄的氟化层能产生有效的电荷抑制, 而当氧存在时为达到有效的电荷阻挡、需要一个具有高氟化度的非常厚的氟化层. 在影响空间电荷的诸电学因素中, 氟化层的电荷传导特性比其电荷俘获特性和介电常数或极性对阻止电荷注入材料内部更为重要, 尽管氟化层的高介电常数和被俘获的电荷会降低界面电场、因此减少电荷的电极注入. 氟化层的电荷传导特性密切关联于其自由体积, 反应混合气中存在的氧对减小自由体积、因此对电荷的抑制具有强的负面影响.     

A method for correlating charge traps of polypropylene to its morphology

A method for differentiating charge traps in amorphous parts from those in crystalline parts of crystalline polymers was proposed and applied it to polypropylene (PP) charge traps. The proposed method is combined use of two techniques: organic solvent vapor-induced charge decay (OSVICD) and partial neutralization (PN), slight recharging with the counter corona charges. From thermally stimulated current (TSC) spectra of OSVICD- and PN-treated PP, the shallow and deep charge traps were correlated to the trap sites existing in the amorphous and crystalline regions of PP, respectively. From TSC spectra of PN-treated PP, it was found that in the surface region the ratio of charges existed in the deep traps to those in the shallow ones was about 87% while in the bulk region it was 48%. This fact is consistent with crystalline-rich surface nature of the sample films, which was revealed by the usual transmission and ATR infrared spectroscopic analyses.     

Experiment and simulation of space charge suppression in LDPE/MgO nanocomposite under external DC electric field

In this paper, space charge dynamics under DC electric field of −100 kV/mm in low-density polyethylene (LDPE) and its nanocomposite containing a small amount of MgO nanoparticles were measured using an improved pulsed electro-acoustic (PEA) system. Unlike negative packet-like space charge accumulating in LDPE films, no remarkable space charge was observed in LDPE/MgO nanocomposite films, which indicated that the introduction of MgO nanoparticles played a key role on the space charge suppression. Different with current qualitative models, this paper describes space charge suppression on the basis of simulation using the bipolar charge transport model, which featured bipolar charges injection, transport, trapping, recombination, and extraction process. It was shown from the simulation that trap depth, trap concentration, local electric field and charge injection barrier height were all significant factors on the space charge suppression process. A deeper trap depth in LDPE/MgO nanocomposites made it easier for traps to capture mobile carriers. And a larger trap concentration effectively slowed down the whole carrier movement although there seemed a trap concentration threshold less than 30 Cm⁻³, above which this effect became slight. In addition, both the high permittivity of LDPE/MgO nanocomposites and low local electric field in the vicinity of cathode led to a larger injection barrier height based on the Schottky injection law, which would tremendously block the charge injection. At last, the suppression mechanism of space charge formation in the LDPE/MgO nanocomposites is presented.     

Effect of epitaxial crystallization on packet-like space charge characteristics in low-density polyethylene under multi-field coupling conditions

In order to study the effect of epitaxial crystallization on charge transport in low-density polyethylene (LDPE) under multi-field coupling conditions, three typical epitaxial crystallizations, namely disorder (glass substrate), crossover (isotactic polypropylene substrate), and parallel (polytetrafluoroethylene substrate), were prepared and denoted as LD-G, LD-iPP, and LD-PT, respectively. Packet-like space charge through samples was analyzed by the pulsed electro-acoustic (PEA) method. It is shown that different microscopic surface morphologies appeared in the LDPE samples with different epitaxial crystallizations, which, however, do not change the crystalline structure of the bulk. Packet-like space charge phenomena were observed and the distortion field increased with the temperature which could be attributed to the larger amount of charge injection in a shorter period. The differences of the amount and injection rate of the space charge were explained and verified considering the typical chain alignment of epitaxial crystallization, which, in our opinions, contributes to the pass over of positive charge in LD-iPP samples.     

表层氟化温度对聚乙烯中空间电荷积累的影响

在实验室反应釜中于不同的温度(35 ℃, 55 ℃和70 ℃) 下, 以氟气体积浓度为12.5%的氟/氮混合气对热压制备的聚乙烯(PE) 片状试样(厚约0.8 mm) 进行了相同时间(2 h) 的表层氟化改性. 利用压力波法研究了氟化温度对PE中空间电荷积累的影响. 结果显示, 随着氟化温度的提高直流高压作用下的氟化试样中的空间电荷积累明显减少, 这个70 ℃的氟化试样中几乎没有空间电荷. 衰减全反射红外分析表明, 氟化引起了试样表层化学组成的本质变化及氟化度随氟化温度的明显提高. 接触角测量与表面能计算间接地表明了这些氟化层有显著增大的介电常数. 开路热刺激放电电流测量进一步揭示了这些氟化层 不同的电荷捕获特性, 及随着氟化温度的提高氟化层对化学杂质从半导性电极向PE扩散的增强的阻挡特性, 因此表明氟化层中自由体积的相应减小. 表层自由体积的减小对抑制空间电荷的积累, 比介电常数的增大和电荷陷阱的变化起到更加显著的作用.