【摘 要】
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聚乙烯基纳米复合电介质因其可以改善聚乙烯的电性能,在电气绝缘领域被广泛研究。改善纳米粒子与聚合物基体的相容性,提高纳米粒子在聚合物基体中分散的均匀性,是提升纳米粒子/聚合物复合介质性能的关键方法之一。利用金属有机框架（MOFs）材料具有多孔结构的特点,使纳米粒子嵌入到MOFs结构中,是改善纳米粒子相容性的新方法。基于这一目的,本文拟将具有超顺磁特性的Fe3O4纳米粒子与具有多孔结构且质量较轻的MO
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聚乙烯基纳米复合电介质因其可以改善聚乙烯的电性能,在电气绝缘领域被广泛研究。改善纳米粒子与聚合物基体的相容性,提高纳米粒子在聚合物基体中分散的均匀性,是提升纳米粒子/聚合物复合介质性能的关键方法之一。利用金属有机框架（MOFs）材料具有多孔结构的特点,使纳米粒子嵌入到MOFs结构中,是改善纳米粒子相容性的新方法。基于这一目的,本文拟将具有超顺磁特性的Fe3O4纳米粒子与具有多孔结构且质量较轻的MOFs纳米粒子负载制得Fe3O4/MOFs纳米复合体系,再将Fe3O4/MOFs与LDPE复合得到Fe3O4/MOFs/LDPE复合介质,并研究其对纳米复合电介质电磁性能和导热性能的影响。本文首先利用不同制备方法获得Fe3O4纳米颗粒、MOFs晶体及其复合材料,然后进行表征和电磁性能测试,探究了Fe3O4、MOFs及其复合物Fe3O4/MOFs这三种纳米复合材料的结晶度、形貌、颗粒大小以及电磁性能。结果表明:水热法和热分解法得到的纳米粒子Fe3O4/MOFs形貌规则,Fe3O4以20nm的粒径负载在MOFs晶体上,负载后的Fe3O4/MOFs比表面积大,相对密度小,结果均匀;此外,该复合体系具有顺磁性和良好的介电性能。其次利用预混-熔融共混法将制备的Fe3O4纳米颗粒、MOFs晶体和Fe3O4/MOFs复合粒子分别以多种比例与LDPE基体复合制得一系列的纳米复合电介质材料,并对其微观结构、填料分布状况进行表征,研究了由此Fe3O4/MOFs纳米复合体系的加入及其质量分数对复合电介质的电学和热学性能的影响。结果表明:纳米复合介质的分散粒径均在50-200nm之间,与LDP E混合之后Fe3O4/MOFs纳米复合体系的分子链结构并未改变;纳米复合介质的电导率与填料掺杂含量呈正相关,复合材料Fe3O4/MOFs直流击穿场强较LDPE有所提高;介电性能有所提高。电导测试结果显示复合材料Fe3O4/MOFs调控复合介质非线性电导特性优于单一的纳米粒子,可以达到改善电场分布的目的。复合介质Fe3O4/MOFs/LDPE的直流击穿场强与掺杂量呈正相关,且热分解法制备的Fe3O4与LDPE掺杂所得到的复合介质的直流击穿场强性能更加优异;此外,与纯LDPE相比,填料/聚乙烯复合介质在绝缘性能变化不大的情况下,导热性能有了很大程度的提高。本文研究表明,MOFs晶体的加入会与Fe3O4形成一种新的纳米复合材料,将其作为掺杂填料,可以使得填料/聚乙烯复合介质具有优异的综合性能,对绝缘材料的发展具有意义。
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