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     

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.     

聚合物材料空间电荷陷阱模型及参数

采用电声脉冲测量技术研究了直流电场下低密度聚乙烯材料的电荷入陷和脱陷特征. 发现在不同电场周期下样品的电荷衰减呈现不同的特征, 为此提出了一个简单的基于两陷阱水平的入陷和脱陷模型, 并计算了相应的参数, 如陷阱能级和密度. 确定了不含任何添加剂的低密度聚乙烯样品中存在的两种水平的陷阱能级分别为: 较浅陷阱能级0.77–0.81 eV 对应的浅陷阱电荷密度为(1.168–1.553)× 10¹⁹ m^-3; 较深陷阱能级0.96–1.01 eV 对应的深陷阱电荷密度为(1.194–4.615)× 10¹⁸ m^-3. 最后初步验证了材料的深陷阱能级和对应的深陷阱电荷密度随老化而增加, 可考虑将模型中的两能级陷阱参数作为老化诊断特征参量. 关键词： 聚合物 空间电荷 陷阱 老化     

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.     

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)     

孔洞聚丙烯驻极体膜中空间电荷与孔洞击穿电荷的俘获特性

对孔洞聚丙烯(PP)驻极体膜系统的研究结果表明：孔洞PP膜中空间电荷的俘获特性随注入的空间电荷量或试样表面电位而变化，注入的电荷量较少时空间电荷主要被俘获在表面深陷阱和近表面次深陷阱中，较多的注入电荷量时空间电荷在进一步填充表层(表面和近表面)陷阱的同时，还将填充体内浅陷阱；这三类陷阱中心所对应的电荷脱阱温度分别约为160℃，138℃和92℃.而孔洞击穿电荷不仅被俘获在与试样表层空间电荷陷阱相似的孔洞表层陷阱中，还有相当的量穿过孔洞表层进入体内、成为浅阱俘获孔洞击穿电荷. 关键词： 孔洞聚丙烯膜 空间电荷 孔洞击穿电荷 俘获特性     

金属-氧化物-半导体场效应管辐射效应模型研究

基于氧化层陷阱电荷以及界面陷阱电荷的产生动力学以及辐射应力损伤的微观机理,推导出了金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)中辐射应力引起的氧化层陷阱电荷、界面陷阱电荷导致的阈值电压漂移量与辐射剂量之间定量关系的模型. 根据模型可以得到:低剂量情况下,氧化层陷阱电荷与界面陷阱电荷导致的阈值电压漂移量与辐射剂量成正比;高剂量情况下,氧化层陷阱电荷导致的阈值电压漂移量发生饱和, 其峰值与辐射剂量无关,界面陷阱电荷导致的阈值电压漂移量与辐射剂量呈指数关系. 另外,模型还表明氧化层陷阱电荷与界面陷阱电荷在不同的辐射剂量点开始产生饱和现象, 其中界面陷阱电荷先于氧化层陷阱电荷产生饱和现象.最后,用实验验证了该模型的正确性. 该模型可以较为准确地预测辐射应力作用下MOSFET的退化情况.     

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.     

固体介质中空间电荷分布的测量方法

驻极体已经得到广泛的应用,为了提高介质的电荷存贮能力和改善其稳定性,测量驻极体内空间电荷的分布是极为重要的. 正确设计高压直流电气设备的绝缘结构,必须研究在强电场作用下,绝缘材料的空间电荷效应,因此测量固体介质中的空间电荷分布是非常重要的.对于聚合物所特有的树枝化击穿,现已探明空间电荷起着很大的作用,因此也必须了解聚合物介质中的空间电荷分布状况. 但是,对固体介质中空间电荷分布的测量是一个相当困难的问题,至今仍没有完善的解决方法.早期采用的切片法,迄今已有近半个世纪的历史.近年来,这方面的研究在国际上仍是一个活跃…     

实验研究大气压多脉冲辉光放电的模式和机理

采用稍不平行电极进行大气压He气介质阻挡多脉冲辉光放电实验,通过增强电子耦合器件相机短时曝光照片,研究大气压多脉冲辉光放电在不同时刻的放电模式.通过气隙放电电流、表面电荷计算,理论分析了表面电荷、空间电荷、外加电压与气隙电场强度的关系,研究大气压辉光放电形成多脉冲的机理.实验结果表明,放电首先在间隙稍窄的电极左端开始;在第一个脉冲电流峰值,电极右端也开始放电;第一个电流脉冲经历了Townsend放电到辉光放电的过程;电流脉冲之间的时间内,间隙一直维持着微弱的辉光放电;随后的每个电流脉冲均是辉光放电.理论分析表明,大气压辉光放电的多个电流脉冲是表面电荷、空间电荷与外加电压共同演化的结果;除放电伊始出现Townsend放电外,同一半周期内的放电电流脉冲中不会再出现Townsend放电. 关键词： 介质阻挡放电 增强电子耦合器件 大气压辉光放电 多脉冲     

Photoinduced charge transfer across the interface between organic molecular crystals and polymers

Photoinduced charge transfer of positive and negative charges across the interface between a single-crystal organic semiconductor and a polymeric insulator is observed in electric field-effect experiments. Immobilization of the transferred charge by deep traps in the polymer results in a shift of the threshold of field-induced conductivity along the semiconductor-polymer interface, which allows for direct measurements of the charge transfer rate. The transfer occurs when the photon energy exceeds the absorption edge of the semiconductor. The direction of the transverse electric field at the interface determines the sign of the transferred charge; the transfer rate is controlled by the field magnitude and light intensity.     

Effect of mechanical loading on the electrical durability of polymers

A decrease in the electrical durability, which is defined as an amount of time required for dielectric breakdown at a constant electric field strength, of polyethylene and Lavsan (polyethylene terephthalate) films under tensile loading is registered in a temperature range from 100 to 300 K. It is established that the pulling apart of the axes of neighbor chain molecules in consequence of tensile loading gives rise to a decrease in the energy level of the intermolecular electron traps. In the amorphous region of a polymer, this accelerates the release of electrons from the traps through over-barrier transitions at higher temperatures ranging from about 230 to 350 K and quantum tunneling transitions at lower temperatures in the range from about 80 to 200 K. As a result, the time required for the formation of a critical space charge, i.e., the waiting period of dielectric breakdown, decreases, which means a reduction in the electrical durability of polymers.

     

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 electrode material on impedance spectra of metal-polyethylene structures with carbon nanotubes

The effect of an electrode material on electrical properties of a composite material based on super-high-molecular polyethylene (SHMPE) filled with carbon nanotubes has been studied using impedance spectroscopy. Using the method of replacing the sample by an equivalent electric circuit, it has been found that, depending on the electrode material, a blocking barrier with high active resistance and a space charge region adjacent to it arise in the interface region. It has been shown that the barrier height is controlled by surface electronic states of SHMPE and weakly depends on the electron work function of metal electrodes (Bardeen barrier). The characteristic times of electrical relaxation characterizing bulk and interface regions of the composite under study have been determined.