高速铁路列车的提速对高速列车的部件提出了更高的要求,变频牵引电机是高速列车的关键部件之一,聚酰亚胺薄膜作为一种优异的电介质材料,被应用于牵引电机的匝间绝缘中,在薄膜中掺杂纳米粒子可以改善薄膜的某些性能,例如介电常数和介电损耗、局部放电、击穿场强、电导率、空间电荷行为等介电性能,但是由于纳米粒子的团聚现象,会制约薄膜介电性能的进一步提升,等离子体改性作为一种材料表面改性的方法,目前鲜少有将其应用于聚酰亚胺纳米复合薄膜中纳米粒子的改性的研究,因此,研究等离子体改性纳米粒子对于聚酰亚胺纳米复合薄膜的介电性能有重要意义。本文搭建了等离子体发生平台,通过多次测试确定了放电效果合适所需要的介质阻挡板材料和放电距离,对纳米氧化铝表面进行改性,采用原位聚合法制备了两种使用不同界面调控方法的PI/Al₂O₃薄膜。测试了薄膜的介电频谱图,发现等离子改性纳米粒子使薄膜的介电常数减小,介电损耗增加。对薄膜的击穿场强和耐电晕寿命进行了测试,薄膜的绝缘寿命满足韦伯（Weibull）统计分布,基于Weibull分布函数对薄膜的耐电晕性能进行处理分析。利用搭建的表面电位衰减测试平台,测试了薄膜的表面衰减特性,发现等离子体改性使得薄膜表面电位衰减速率增加。采用电子扫描显微镜观察了薄膜的微观形貌,等离子体改性纳米粒子后,体积分数增加。采用傅里叶红外光谱对薄膜和使用不同改性方法的纳米氧化铝粒子的官能团进行分析,发现等离子体改性纳米粒子后,与羟基二聚体有关的吸收峰增强。测试了-60-200℃下薄膜的宽频介电谱,基于Havriliak-Negami模型对介电谱进行分析,得到了弛豫时间、弛豫强度、活化能等相关特征参数。使用等温表面电位衰减法对表面电位衰减曲线进行分析,得到了薄膜的陷阱分布。结合薄膜的陷阱特性和击穿场强,建立了陷阱特性-电荷输运-电导-击穿特性之间的关联,从电荷的输运消散解释了等离子体改性对耐电晕寿命的影响,运用多核模型,从界面层次解释了等离子体改性对电导率的影响机理,结合介电特征参数和陷阱特性,提出了等离子改性对薄膜极化过程的影响机机理,揭示了微观结构与宏观性能之间的关系。本文将宏观的介电性能与微观结构机理建立联系,研究等离子改性纳米粒子的作用机理,探究提高聚酰亚胺纳米复合薄膜绝缘寿命的方法,对提高变频电机的绝缘性能和铁路安全高速运行具有重要意义。