纳米PS小球/LDPE复合材料介电性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:b56240320
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本文通过熔融共混法制备了聚苯乙烯(PS)纳米颗粒填充低密度聚乙烯(LDPE)形成的纳米复合材料,经平板硫化机压制成型制成试样并进行实验测量。首先借助扫描电子显微镜对材料的表面形貌进行了表征。通过纯LDPE与PS/LDPE纳米复合材料DSC实验对比分析,可知添加PS纳米颗粒后复合材料的结晶度较纯LDPE高。通过纯LDPE与PS/LDPE纳米复合材料DMA实验对比,发现纳米复合材料的储存模量和损耗模量都略高于纯LDPE,阻尼损耗峰值略有下降并且向高温方向移动。其次为研究纳米粒子质量分数对PS/LDPE纳米复合材料介电特性的影响,制备了PS质量分数分别为0%、0.5%、1%、2%的PS/LDPE纳米复合材料样品。不同PS质量分数样品的电导率均随温度的升高逐渐增大。低温时添加纳米PS后,纳米复合材料的电导率与纯LDPE相比明显减小;随着填充浓度进一步增加,纳米复合材料的电导率进一步减小。空间电荷实验结果表明掺杂纳米PS颗粒可以明显提高材料的空间电荷抑制能力,且2%PS质量分数的PS/LDPE纳米复合材料抑制空间电荷效果最优。热刺激电流(TSC)图谱显示,PS纳米颗粒的添加改变了材料的陷阱深度和密度特征,复合材料的陷阱能级较纯LDPE发生显著变化,这些特征变化直接影响了LDPE空间电荷的积累与直流电导特性。对几种PS/LDPE纳米复合材料进行的击穿实验结果表明,PS/LDPE纳米复合材料的击穿场强低于纯LDPE,其原因可能是浅陷阱的存在使得高场强下脱陷的载流子数量增加,纳米粒子的添加一方面增加了浅陷阱密度,另一方面也增加了杂质小分子密度。随着直流电场强度的增大,材料内部将激发出更多的电子以及解离出较多的正、负离子,导致击穿场强的降低。PS/LDPE纳米复合材料的介电常数略高于纯LDPE,表明PS纳米小球添加LDPE形成的纳米复合材料空间电荷抑制机理,不同于MgO纳米颗粒添加LDPE形成的纳米复合材料空间电荷抑制机理,后者内部MgO纳米颗粒由于高介电常数特征在高场下形成极化电偶极子陷阱,从而起到降低电导与抑制空间电荷的作用。与此同时,对于PS纳米颗粒与LDPE基体的界面结构的能级结构与局域态密度分布的理论计算分析,证实了PS纳米颗粒引入的陷阱既有电子陷阱,也包括空穴陷阱,且两种类型陷阱的深度分布不同。论文通过一系列的实验探索与理论分析,获取了一定的研究成果,相信对纳米复合绝缘材料的研制与开发具备一定的意义与参考价值。
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