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随着近年来柔性高压直流输电的快速发展,高压直流电缆的应用越来越广泛。直流高场下聚乙烯绝缘材料中的空间电荷问题是制约高压直流电缆发展的关键因素,纳米复合改性是改善聚乙烯空间电荷行为的重要途径。目前国内外普遍认为纳米复合电介质中的界面陷阱对空间电荷的抑制起到关键作用,但对陷阱本质及其作用机理缺乏深入理解。电子顺磁共振(EPR)技术有助于对LDPE/AlN纳米复合材料的电荷陷阱理化本质进行研究。鉴于此,本文重点对LDPE/AlN纳米复合材料的电荷输运及陷阱特性进行研究。通过熔融共混法制备了不同掺杂含量的LDPE/AlN纳米复合材料,并对其理化结构进行了研究。采用SEM对纳米复合材料断面形貌进行表征发现,AlN纳米颗粒在聚乙烯基体中大致呈均匀分布,分散性较好;采用傅里叶红外光谱仪对官能团种类及振动情况研究发现,纳米掺杂未引入新的官能团,但是部分官能团振动强度发生变化。对LDPE/AlN纳米复合材料介电性能进行了研究。对纳米复合材料击穿特性研究发现,击穿场强随着AlN纳米颗粒的增加先增大后减小,在掺杂含量为0.5%时,击穿场强最大,为120.7kV/mm,比纯LDPE增大了 16%。介电行为研究发现,LDPE/AlN纳米复合材料的介电常数和介质损耗都随温度和电场强度的升高而增大,并且随AlN掺杂含量的增加先减小后增大。对不同掺杂含量纳米复合材在不同温度和电场下的电导特性的研究发现,随温度和电场增加,电导电流增大,电阻率减小;LDPE/AlN纳米复合材料的电导电流小于纯LDPE,电阻率大于纯LDPE,在掺杂含量为3%时,LDPE/AlN复合材料在高温下电导电流最小,电阻率最大。对LDPE/AlN纳米复合材料电荷输运与陷阱特性进行了研究。不同场强下的空间电荷测量结果表明,高场强下纯LDPE中有大量空间电荷积累;AlN纳米颗粒掺杂对空间电荷有一定的抑制作用,其空间电荷积累更加靠近电极界面,而且空间电荷数量较少;在掺杂含量3%时,空间电荷的抑制效果最好。采用等温放电电流法对纳米复合材料陷阱能级密度分布的研究发现,掺杂量为0.5%和3%的纳米复合材料中的陷阱能级密度明显高于纯LDPE,这与0.5%和3%的纳米复合材料中空间电荷积累和电导电流均小于纯聚乙烯相符,表明纳米复合材料中引入的大量陷阱对电荷输运起着重要调控作用。采用电子顺磁共振(EPR)技术对LDPE/AlN纳米复合材料的电荷陷阱理化本质进行了研究。结果表明,材料中空间电荷增加,EPR谱图的信号增强,说明EPR信号来自于空间电荷;在无电场注入电荷的情况下,纳米复合物的EPR谱图信号强度为纯LDPE的3～5倍。注入电荷后纳米复合物的EPR信号强度与纯LDPE相近。0.5%和3%的LDPE/AlN复合材料在50kV/mm时出现超精细结构。结合结构表征、介电性能、电导特性以及空间电荷测试对陷阱特性进行分析,可以推断出陷阱与材料中的羰基、羟基等含氧基团等有一定关系。