芴聚酯/氧化硅/氮化硼纳米复合电介质的结构及性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:joyceywq
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随着电子技术的发展,高分子聚合物凭借其高绝缘、优异的热稳定性、良好的机械柔韧性等,在电力设备、航空、通讯设备、新能源器件等多个领域有着出色的表现。芴聚酯是一种新型的介电材料,与杂芳香族聚合物相比,其具有优异的绝缘性能及出色的热稳定性,成为学者们近期的研究热点。然而在实际应用中,纯芴聚酯的介电常数相对较低,不能够满足某些应用需求,目前在聚合物中掺入高绝缘性能纳米无机填料是提高复合薄膜的介电性能的常用方法,但往往击穿强度大幅劣化,能够进一步提升芴聚酯的介电常数并保持较高击穿强度颇具意义。本文以芴聚酯(FPE)为基体,采用零维SiO2纳米颗粒和二维BN纳米片作为掺杂填料,通过溶液共混法以FPE为基体的两种不同组分不同掺杂体系的复合薄膜。利用XRD、SEM、FTIR、SAXS表征SiO2纳米颗粒和BN纳米片以及复合薄膜的微观形貌及界面结构特性,对复合薄膜的介电性能、击穿性能以及力学性能等进行了测试研究。研究发现,SiO2颗粒能够均匀分散在FPE基体中,引入的SiO2颗粒没有破坏FPE分子链的结构,并且增加了填料基体的界面层厚度,当氧化硅的掺杂组分为9 wt%时,复合材料的介电常数由3.54提高到了7.30,并且SiO2颗粒的掺杂对FPE的介电损耗以及交流电导率影响较小。同时,复合材料的耐电晕寿命与纯FPE基体相比,提高约12倍。由于SiO2颗粒的引入,扩大了FPE分子链间距,致使其自由体积变大,同时颗粒的引入产生了一些物理缺陷,导致复合薄膜交流击穿性能大幅度下降。为了改善击穿强度,获得综合性能更优异复合薄膜,采用溶液共混法制SiO2/BNNS/FPE三相共掺杂复合薄膜。与FPE/SiO2复合薄膜相比,三相共掺杂复合薄膜展现出更优异的介电性能、短时击穿性能、拉伸性能以及耐电晕老化寿命,尤其掺杂9 wt%SiO2和5 wt%BN的复合薄膜介电常数和击穿强度达到了协同提高。通过研究六方氮化硼纳米片、二氧化硅纳米颗粒和芴聚酯基体三者之间的界面特点以及复合薄膜的微观结构与性能,探索二维氮化硼纳米片与零维二氧化硅颗粒对FPE基复合薄膜性能的协同提升机制,建立界面模型多角度深入分析界面结构与介电性能、交流击穿性能、拉伸性能和耐电晕老化性能变化特点,着重阐明二氧化硅纳颗粒、六方氮化硼纳米片在FPE聚合物中的协同调控机理,为研究零维/二维填料体系在电气工程的应用提供相应的理论依据。
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