聚合物基新型纳米电介质材料因其优异的电气性能、热学性能和机械性能而广泛应用于电气绝缘、变频电机、集成电路、燃料电池和医疗卫生等领域，此类新型材料的设计与研制已成为材料科学研究的热点问题。本文利用成分、结构和电气绝缘性能与云母类似的层状MMT (蒙脱土)和球状AlN (氮化铝)纳米颗粒掺杂聚酰亚胺(PI)基体，制备具有较高耐电晕性能的纳米电介质材料。采用原位聚合法制备了不同组分单层、三层PI/AlN和PI/MMT+AlN四种类型聚酰亚胺基纳米复合薄膜。利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、同步辐射小角X射线散射等方法研究复合薄膜微观结构。研究结果表明，AlN或MMT+AlN颗粒镶嵌在PI基体中，三层薄膜各层厚度均匀，层与层之间排列紧密。四种类型薄膜都存在相界面层，随着组分增加，相界面层厚度增加；三相纳米复合薄膜呈现多尺度的结构特征；PI/AlN单层与三层薄膜具有双分形特征，PI/MMT+AlN单层与三层薄膜存在三重分形特征。采用耐电晕测试方法研究不同结构复合薄膜电晕特性，结果表明，与单层PI/MMT+AlN薄膜相比，三层薄膜具有优异的耐电晕性能；组分为15wt%的薄膜耐电晕时间为242小时，是纯聚酰亚胺薄膜的80倍；单层薄膜的击穿场强普遍高于同组分的三层薄膜的击穿场强。利用小角X射线散射、X射线衍射、原子力显微镜、扫描电镜等测试手段，以准动态的方式研究不同电晕时间后薄膜微观结构演化；研究结果表明，随着电晕时间的增加，薄膜表面逐渐出现团簇现象，无机纳米颗粒聚集在薄膜表面，团簇数量增多，尺寸变大，形成有效放电阻挡层；同时，电晕老化引起聚合物高分子链结构变化，随着电晕时间的增加，聚合物高分子链间平均距离增加，电晕老化侵蚀改变了高分子链的柔顺性，导致聚合物分子链结构破坏并重新排列；随电晕时间的增加，薄膜界面层厚度增加，其中PI/MMT+AlN三相三层薄膜界面层厚度最大，层状MMT与球状AlN协同作用显著提高复合薄膜耐电晕性能。在分析大量实验结果基础上，提出了纳米颗粒、聚合物基体、界面层三者关系模型，阐明界面作用及电晕过程中微观结构演化机制，随电晕时间增加，纳米颗粒对高分子链的锚定作用减弱，内层（束缚层）厚度变小；高分子链之间平均距离变大，外层（过渡层）厚度增加，束缚层与过渡层厚度比例的变化，削弱放电阻挡层的作用，导致材料破坏。颗粒、基体、界面三者关系模型为深入研究纳米电介质耐电晕机理提供了新思路。