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.     

ZnO压敏陶瓷介电损耗的温度谱研究

利用Novocontrol宽频介电谱仪在-100—20 ℃温度范围内测量了ZnO-Bi₂O₃系压敏陶瓷的介电频谱，其频率范围为10^-2—10⁶ Hz. 研究表明： ZnO压敏陶瓷特征损耗峰的活化能分别为0.26和0.36 eV，结合实验条件、理论计算结果及其他现象的分析排除了特征损耗峰源于阴极电子注入、夹层极化和偶极子转向极化的可能.热刺激电流（TSC）谱共出现三个峰，其中高温峰对应于TSC实验加压过程引入的热离子极化，而中温峰和低温峰对应于介电损耗峰. 在分析的基础上，提出了ZnO压敏陶瓷的特征损耗峰起源于耗尽层内本征缺陷的电子弛豫过程. 关键词： ZnO压敏陶瓷 本征缺陷 介电谱 热刺激电流     

高能电子辐射下聚四氟乙烯深层充电特性

介质深层充放电现象是诱发航天器异常故障的重要因素之一.分析了高能电子辐射下介质内部电荷沉积、能量沉积特性和电导特性,考虑了真空与介质界面电荷对电场分布的影响,建立了介质二维深层充电的物理模型,并基于有限元方法实现了数值计算.计算了高能电子辐射下聚四氟乙烯的深层充电特性.结果表明:真空环境下,介质的表面存在较弱的反向电场,随着介质深度增大,电场减小至零,随后逐渐增大,最大值出现在靠近接地附近,但在接地点,电场存在小幅降低.分析了不同辐射时间下(1 h,1 d,10 d和30 d),介质内部最大电位和最大电场的时空演变特性.随着辐射时间的增加,最大电位由-128V增加至-7.9×104V,最大电场由2.83×105V·m-1增加至1.76×108V·m-1.讨论了入射电子束流密度对最大电场的影响,典型空间电子环境(1×10-10A·m-2)下,电子辐照10 d时,介质内部最大电场为2.95×106V·m-1.而恶劣空间电子环境(2×10-8A·m-2)下,电子辐射42 h,介质内部最大电场即达到108V·m-1,超过材料击穿阈值(约为108V·m-1),极易发生放电现象.该物理模型和数值方法可以作为航天器复杂部件多维电场仿真的研究基础.     

CaCu3Ti4O12 陶瓷介电模量响应特性的研究

由于CaCu₃Ti₄O₁₂巨介电常数陶瓷的低频区直流电导较大, 本文采用模量 M"-f频谱表征与分析了低频和高频的两个松弛极化过程. 研究认为, 这两个特征峰属于晶界区Schottky 势垒耗尽层边缘深陷阱的电子松弛过程, 其中高频松弛峰起源于晶粒本征缺陷的电子松弛过程, 而低频松弛峰则为与氧空位有关的松弛极化过程. 对于CaCu₃Ti₄O₁₂这类低频下具有高直流电导的陶瓷材料, 采用模量频谱能更有效地分析研究其损耗极化机理. 关键词： 3Ti₄O₁₂陶瓷')" href="#">CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷 模量 松弛过程 电导     

直流电晕充电下环氧树脂表面电位衰减特性的研究

介质材料表面电荷的积累和衰减行为是制约众多高压直流电力设备研制的关键因素. 薄片状介质试样的表面电荷密度与表面电位近似呈线性关系, 因此常通过表面电位衰减行为研究表面电荷的衰减特性. 基于电晕充电、表面电荷沉积和脱陷、介质体内单极性电荷输运等3个物理过程, 建立表面电位动态响应的物理模型. 通过计算环氧树脂的表面电位衰减行为, 得到栅极电压、相对介电常数和体电导率等对其表面电位衰减特性的影响. 栅极电压越高, 表面电位的衰减速度越快; 环氧树脂材料参数典型值(相对介电常数3.93, 体电导率10^-14 S· m^-1)下, 归一化表面电位的衰减速率随时间变化的曲线可拟合为分段幂函数, 其中, 分段幂函数的特征时间、指数系数与栅极电压分别呈幂函数和线性变化关系. 相对介电常数越大, 表面电位的衰减速度越慢; 环氧树脂相对介电常数典型范围(3–4)内, 表面电位衰减时间常数由1720 s增大到2540 s, 两者呈线性关系. 体电导率越大, 表面电位的衰减速度越快; 环氧树脂体电导率典型范围(10^-15–10^-13 S· m^-1)内, 表面电位衰减时间常数由24760 s 减小到260 s, 两者呈幂函数变化关系.     

ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷的导电过程与等效势垒高度

研究了ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷等效势垒高度φeff随着归一化电压的变化规律,发现等效势垒高度φeff随着归一化电压的增加先逐渐增大,达到最大值后持续下降.由于在外加电压作用下反偏势垒高度高于正偏势垒高度,等效势垒高度φeff主要取决于反偏势垒.因此,这种变化规律说明了ZnO压敏陶瓷晶界的导电过程可能存在三个阶段.在低归一化电压区,晶界区域中的电子从正偏势垒区注入到晶界无序层的速率低于电子从晶界无序层抽出到反偏势垒区的速率,从而导致等效势垒高度随着归一化电压的增加逐渐增大.在中等归一化电压区,电子从正偏势垒区注入到晶界无序层的速率和电子从晶界无序层抽出到反偏势垒区的速率相平衡,等效势垒高度达到最大值.在高归一化电压区,电子从正偏势垒区注入到晶界无序层的速率高于电子从晶界无序层抽出到反偏势垒区的速率,等效势垒高度随着归一化电压的增加逐渐下降,直至晶界击穿.同时分析了等效势垒高度φeff对泄漏电流IL的影响,发现泄漏电流与等效势垒高度差Δφ呈指数关系.     

发展在XLPE电缆绝缘内外侧的电树枝

以XLPE高压电力电缆内外侧绝缘中的电树枝特性为研究对象，通过分析电树枝引发与生长的统计实验规律和采用扫描电子显微镜分析发现，由于不同结晶状态的影响，电缆绝缘内外侧的电树枝特性存在很大的差异.引发于绝缘内侧电树枝引发时间短、生长速度快、电树枝形状具有多样性；起始于绝缘外侧的电树枝不仅引发时间长、生长速度极慢，而且电树枝形状(结构)比较单一.并对这两个位置电树枝的引发和生长机理进行了探讨. 关键词： 电树枝 结晶状态 统计规律 内侧和外侧绝缘层     

Dielectric spectroscopy studies of ZnO single crystal

Dielectric relaxation and charge transport induced by electron hopping in ZnO single crystal are measured by using a novocontrol broadband dielectric spectrometer. Typical Debye-like dielectric relaxation originating from electronic hopping between electronic traps and conductive band in surface Schottky barrier region is observed for ZnO single crystal-Au electrode system. However, after insulation of ZnO single crystal by heat treatment in rich oxygen atmosphere, dielectric relaxation and alternating current conductance are observed simultaneously in the dielectric spectra, implying that dielectric relaxation and charge transport can be induced simultaneously by electronic hopping at high temperature in an ordered system. The intrinsic correlation between local dielectric relaxation and long range charge transport offers us a new method to explore complicated dielectrics.     

聚集态和陷阱对交联聚乙烯真空沿面闪络特性的影响

研究了半结晶聚合物交联聚乙烯的聚集态和陷阱等对真空沿面闪络特性的影响.交联聚乙烯(XLPE)在135℃下恒温10min后,分别经过-56℃,-25℃淬火处理,自然降温,或1℃/min,0.5℃/min慢速降温等热处理过程,测量了热处理后试样的电气性能、显微结构、陷阱分布和真空中的沿面闪络特性.实验结果表明,与未热处理试样相比,热处理试样的直流闪络电压最高提高了76%,脉冲闪络电压最高提高了19%.认为热处理改变了XLPE试样的聚集态和陷阱,从而提高了XLPE试样的真空沿面闪络性能,提出了可以通过控制半结晶聚合物的聚集态和缺陷结构提高其真空沿面闪络性能.     

沉淀剂对ZnO压敏陶瓷缺陷结构和电气性能的影响

研究了不同沉淀剂(NH₄HCO₃和NaOH)对共沉淀法制备的ZnO压敏陶瓷性能的影响. 结果表明: 不同的沉淀剂对ZnO压敏陶瓷的微观结构及电气性能有明显的影响. 其中陶瓷微观结构的变化主要由沉淀剂本身的性质引起; 而电气性能的改变除了与微观结构相关外, 主要受不同沉淀剂对陶瓷晶界势垒参数的影响; 此外, 沉淀剂NaOH引入的Na⁺作为施主杂质离子掺杂ZnO压敏陶瓷, 增加晶粒中的自由电子浓度, 因此本征缺陷(锌填隙和氧空位)浓度受到抑制, 而锌填隙浓度相对于氧空位而言对施主离子掺杂更为敏感. 由此, 采用共沉淀法制备ZnO压敏陶瓷粉体时, 沉淀剂种类的选择很重要, 即使微量的杂质也会引起压敏陶瓷性能的较大改变, 应尽可能避免杂质离子的引入. 关键词： ZnO压敏陶瓷 缺陷结构 沉淀剂 介电性能