现代电缆工业的快速发展对高压电缆尤其是其绝缘材料性能的要求越来越高,普通的聚合物材料难以满足未来电力和电子工业发展的需要。而利用纳米材料对聚合物进行改性是提高电介质材料性能的有效途径,也是目前工程电介质领域的研究热点。尤其在目前纳米电介质相关理论模型仍不够清楚,已有理论普适性较差的前提下,充分的进行纳米电介质及其相关性能的研究具有十分重要的理论价值和应用意义。本文选取具有与普通无机氧化物所不同的特殊多孔纳米结构的沸石作为掺杂物,重点研究了 4A型和NaY型纳米沸石复合聚乙烯材料的制备工艺方法和介电性能,利用纳米沸石所具备的多孔结构以及远超于普通材料的比表面积等特殊性质,增强纳米粒子在复合物中的作用,加强纳米电介质中的界面效应,并建立微观结构与介电性能之间的关联,探讨纳米沸石复合聚乙烯相关电性能的机理,论文的主要内容包括:1.利用熔融共混方法制备了不同掺杂浓度的4A纳米沸石复合聚乙烯和NaY纳米沸石复合聚乙烯,通过改进制备工艺,利用溶液作为纳米粒子的载体进行共混,以增强纳米粒子的分散效果。微区结构表征发现大部分纳米复合物中的粒子分散较为均匀,尤其是NaY型沸石粒子的分散效果较好,未发现明显的团聚现象;红外光谱测试发现纳米沸石掺杂未对聚乙烯基体的分子链构成造成影响,同时未发现有其他杂质和基团存在,尤其是未发现羟基基团,证明制备过程中的乙醇溶液未残留;DSC测试发现纳米复合物的结晶度降低,纳米沸石掺杂减少了大尺寸球晶的数量,同时减少复合物中的空隙尺寸,使聚乙烯分子链排列更为舒展紧凑。2.利用宽频介电谱仪对纳米沸石复合聚乙烯进行了介电谱研究,并对室温和高温两种温度下的介电谱进行了分析。研究发现,纳米沸石复合聚乙烯的介电常数相比纯聚乙烯普遍下降,这与纳米沸石所具有的多孔结构有关,同时纳米掺杂对复合物中聚乙烯分子的可动性的抑制也降低了其介电常数并改变了介电常数曲线的斜率。同时介电损耗的研究发现纯聚乙烯的低频损耗与氧化羰基有关,而纳米沸石复合聚乙烯的低频损耗与沸石粒子及内部残留的水分子的低频弥散现象有关;利用M-W理论研究了复合物的介电弛豫规律,通过计算发现纳米复合物中频部分的介电损耗峰是由界面极化造成的,计算结果与实验数据复合较好,并利用Arrhenius方程分析了温度升高时损耗峰向高频移动的特性;高频部分的损耗则与沸石内部可进行长程运动的Na+离子的弛豫行为有关。3.利用电声脉冲法和热刺激电流法分别研究了纳米沸石复合聚乙烯的空间电荷抑制现象和陷阱分布。纳米沸石掺杂所引入的大量的深陷阱和陷阱能级将有助于降低电荷迁移率,并在高场下在电极附近形成电荷阻挡效应,从而降低电极与材料表面的电势差,提高电荷注入的势垒。实验发现纳米沸石掺杂聚乙烯材料可以有效的抑制空间电荷的积累,并减少异极性电荷的数量,短路衰减实验则发现纳米复合物中的入陷电荷多数为深陷阱电荷,与热刺激电流实验的结果较好符合。深陷阱的引入也削弱了杂质电离所产生的电荷的运动,从而有效的抑制了异极性电荷的作用。4.通过对纳米沸石复合聚乙烯的交流及直流击穿性能的测试发现,纳米复合物的交流击穿场强有明显的提高,4A型沸石和NaY型沸石掺杂分别使LDPE的交流击穿场强提高了 15%和24%。直流击穿测试发现纳米复合物的直流击穿场强在一定的掺杂浓度下也有6%-10%的提升,但此时大部分试样的形状参数有所下降,说明复合材料的均一性和稳定性有所降低,只有纳米沸石分散效果较好的NaY型沸石复合聚乙烯的直流击穿场强有所提高并保持形状参数较为稳定。5.对纳米沸石复合聚乙烯的电导电流特性进行了研究。发现纳米掺杂有效的提高了空间电荷注入的阀值,这与空间电荷分布实验中的现象相吻合;同时纳米掺杂所引入的大量陷阱能级使载流子迁移率降低,阻止了电荷的注入,并抑制了杂质电离电荷的移动,从而有效的降低了复合物的电导。