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摘要：现代电力工业的快速发展对绝缘材料的性能和可靠性提出了更高的要求,研究高性能的固体绝缘介质是工程实际应用的迫切需要。低密度聚乙烯(LDPE)作为一种广泛应用于交流输电领域的绝缘材料,其在高压直流输电领域的推广受到了空间电荷问题的限制。纳米电介质因其在提高电气击穿强度、抑制空间电荷注入和调控载流子运动等方面具有良好的电气性能受到学术界的广泛关注。本文研究了不同纳米颗粒掺杂对低密度聚乙烯复合介质空间电荷分布特性的影响,结合其电导特性和陷阱特性,探究纳米复合介质内部空间电荷的抑制机理,为高性能高压直流电缆绝缘材料的研发和评估提供试验数据和理论支持。通过熔融共混法制备了SiO2/LDPE、ZnO/LDPE、MgO/LDPE纳米复合介质。通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱分析和差示扫描量热法表征了纳米颗粒和纳米复合介质的微观形貌、结构成分和热学性能,确认了纳米复合效果。纳米颗粒表面羟基的数量影响了纳米颗粒在复合介质的分散性,进而影响了纳米颗粒与LDPE基体之间的有效界面面积和相互作用。纳米掺杂改善了纳米复合介质的基础电学性能。纳米掺杂使复合介质引进新的偶极矩,增加了复合介质的相对介电常数和介质损耗。热刺激电流测量结果表明纳米掺杂虽然对陷阱深度的影响较小,但是有效的增加了纳米复合介质的陷阱数量,陷阱增加数量与纳米颗粒在复合介质的分散性有关。纳米复合介质的电导测试表明,纳米掺杂影响了复合介质内载流子的输运过程。一方面纳米掺杂抑制了杂质的电离,减少了载流子的的数量,另一方面纳米掺杂产生的陷阱捕获运动中的载流子,提高了纳米复合介质电导电流的衰减速度,降低了复合介质的电导电流。纳米ZnO和MgO掺杂提高了纳米复合介质的空间电荷限制电流阈值电场。深入研究了纳米复合介质的空间电荷特性,对于已提出的基于界面陷阱的空间电荷抑制机理进行了详细的理论及仿真分析,验证其对解释不同纳米颗粒复合LDPE空间电荷特性行为的可行性。结果表明,界面陷阱对电极电荷注入具有重要的调制作用,界面处的大量陷阱捕获刚刚注入的电荷形成界面电荷层,大大降低了局部电场,抑制了杂质的电离,同时提高了注入势垒,降低了电荷注入速率,抑制了电荷的进一步注入。