納米填充濃度對(duì)LDPE/Silica 納米復(fù)合介質(zhì)中空間電荷行為的影響

吳建東，尹毅，蘭莉，等

摘要：目的：聚合物內(nèi)部的空間電荷積累問題，一直是限制其作為主要絕緣材料在電力設(shè)備中推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。納米技術(shù)的出現(xiàn)，為解決聚合物內(nèi)部空間電荷積累問題提供了較經(jīng)濟(jì)的技術(shù)解決方案。當(dāng)納米顆粒較均勻地分散于聚合物基體內(nèi)時(shí)，即使填充的納米顆粒的濃度非常少，也能有限抑制空間電荷的形成和積累，并且改善聚合物在其他電氣、機(jī)械、化學(xué)等各方面的性能。然而深入到物理、化學(xué)機(jī)制層面，納米顆粒對(duì)傳統(tǒng)絕緣的性能改良，特別是抑制空間電荷形成和積累的具體機(jī)制并不清晰，因此有必要作進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析。納米顆粒填充濃度是影響納米復(fù)合材料介電性能的重要因素之一，而很多文獻(xiàn)僅選擇某一典型濃度值進(jìn)行介電性能分析，對(duì)不同填充濃度范圍介質(zhì)性能分析的研究顯見報(bào)道，因此有必要對(duì)不同填充濃度范圍的復(fù)合介質(zhì)介電性能進(jìn)行深入分析。方法：本文以低密度聚乙烯（low-density polyethylene，LDPE）為基料，納米二氧化硅（Silica）為填充顆粒，制備了濃度在0%～5%范圍的納米LDPE/Silica 復(fù)合介質(zhì)；采用電聲脈沖法原理測(cè)量了復(fù)合介質(zhì)內(nèi)部的空間電荷分布；采用高場(chǎng)電導(dǎo)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量了復(fù)合介質(zhì)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)高場(chǎng)電導(dǎo)；最后基于復(fù)合介質(zhì)中空間電荷分布和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)直流電導(dǎo)的比對(duì)分析，研究了納米顆粒濃度對(duì)復(fù)合介質(zhì)中空間電荷特性的影響，并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的性能改良方法。結(jié)果：本文經(jīng)過LDPE/Silica 復(fù)合介質(zhì)的空間電荷檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)LDPE內(nèi)填充不同濃度的納米silica 后，復(fù)合介質(zhì)內(nèi)部的平均體空間電荷密度均得到有效抑制，其平均衰減速度隨填充濃度的升高而下降。當(dāng)納米silica 填充濃度為0%～0.1%時(shí)，試樣內(nèi)表面?zhèn)鹊漠悩O性空間電荷量隨填充濃度升高而下降；當(dāng)填充濃度為0.5%～2%時(shí)，試樣內(nèi)表面?zhèn)确e累同極性電荷，并隨填充濃度升高而增大；當(dāng)填充濃度高于2%時(shí)，同極性空間電荷量下降。復(fù)合介質(zhì)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)直流電導(dǎo)的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在填充濃度低于0.5%時(shí)比純LDPE 時(shí)要大，當(dāng)填充濃度高于0.5%時(shí)，準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)直流電導(dǎo)隨著填充濃度的升高而快速下降。最低空間電荷密度和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)直流高場(chǎng)電導(dǎo)對(duì)應(yīng)的納米填充濃度分別為0.5%和5%。結(jié)論：經(jīng)過對(duì)純LDPE 和填充濃度在0%～5%內(nèi)的LDPE/Silica 復(fù)合介質(zhì)的空間電荷去極化特性和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)電導(dǎo)性能分析，可以得出如下結(jié)論：1）當(dāng)LDPE基料內(nèi)填充不同濃度的納米Silica 后，LDPE/silica 復(fù)合介質(zhì)內(nèi)部積累的平均體空間電荷密度均比純LDPE 中的量小，且其平均衰減速度隨填充濃度的升高而下降。但當(dāng)納米Silica 填充濃度低于0.5%時(shí)，復(fù)合介質(zhì)的穩(wěn)態(tài)直流電導(dǎo)比純LDPE 大，僅當(dāng)濃度高于0.5%時(shí)，穩(wěn)態(tài)直流電導(dǎo)隨著填充濃度的升高而快速下降。2）當(dāng)納米Silica填充濃度從0 升至5%時(shí)，空間電荷分布存在3 種趨勢(shì)：濃度為0%～0.1%，試樣表面?zhèn)鹊漠悩O性空間電荷隨濃度升高而下降；濃度為0.5%～2%，靠近上下電極的試樣內(nèi)表面?zhèn)确e累同極性電荷，并隨濃度升高而增大；濃度高于2%時(shí)，同極性空間電荷量下降。3）最低穩(wěn)態(tài)直流高場(chǎng)電導(dǎo)和最低空間電荷密度相對(duì)應(yīng)的納米Silica 填充濃度不同，分別為5%和0.5%。在實(shí)際應(yīng)用納米顆粒對(duì)聚合物的絕緣電性能改良中，為獲得最佳的介電性能，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求選擇適當(dāng)?shù)奶畛錆舛取?/p>

來源出版物：中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2012,32(28):177-183

入選年份：2017

磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)新進(jìn)展

趙爭(zhēng)鳴，張藝明，陳凱楠

摘要：目的：近些年，無線電能傳輸技術(shù)受到了越來越廣泛的關(guān)注。作為一種中等距離無線電能傳輸技術(shù)，自從美國(guó)麻省理工學(xué)院于2007年發(fā)表其研究成果后，磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)就成為了研究熱點(diǎn)問題。該文在對(duì)無線電能傳輸技術(shù)進(jìn)行總體介紹的基礎(chǔ)上，主要對(duì)磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)進(jìn)行概括論述，介紹當(dāng)前磁耦合無線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展水平和發(fā)展趨勢(shì)。方法：本文首先分析了磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，介紹了目前運(yùn)用于分析該技術(shù)的主要理論；接著對(duì)該技術(shù)目前的傳輸水平和熱點(diǎn)問題進(jìn)行了分類闡釋，主要分為傳輸特性、新材料的應(yīng)用、干擾問題和實(shí)際應(yīng)用，介紹了目前的研究現(xiàn)狀；最后在當(dāng)前研究熱點(diǎn)問題的基礎(chǔ)之上，對(duì)該技術(shù)有待研究的問題以及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。結(jié)果：本文在對(duì)磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)介紹和工作原理闡釋的基礎(chǔ)之上，綜述了當(dāng)前磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)研究的幾個(gè)熱點(diǎn)問題，即：概述了當(dāng)前磁耦合諧振式無線電能傳輸?shù)膫鬏斔剑òüβ?、效率和距離等）；分析了該技術(shù)的傳輸特性問題，包括：頻率分裂及其抑制技術(shù)，傳輸結(jié)構(gòu)研究（增加中繼諧振線圈和多發(fā)射端／多接收端的研究）以及傳輸途徑的研究；新材料的應(yīng)用；干擾問題的研究；以及實(shí)際應(yīng)用中遇到的其他問題等。在這些熱點(diǎn)問題分析的基礎(chǔ)之上，討論了該項(xiàng)技術(shù)有待研究的問題以及發(fā)展趨勢(shì)。結(jié)論：本文分析綜述了目前磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展情況。在對(duì)磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)介紹和工作原理闡釋的基礎(chǔ)之上，綜述了當(dāng)前磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)研究的幾個(gè)熱點(diǎn)問題，即：概述了當(dāng)前磁耦合諧振式無線電能傳輸?shù)膫鬏斔剑òüβ?、效率和距離等）；分析了該技術(shù)的傳輸特性問題，包括：頻率分裂及其抑制技術(shù)，傳輸結(jié)構(gòu)研究（增加中繼諧振線圈和多發(fā)射端／多接收端的研究）以及傳輸途徑的研究；新材料的應(yīng)用；干擾問題的研究；以及實(shí)際應(yīng)用中遇到的其他問題等。在這些熱點(diǎn)問題分析的基礎(chǔ)之上，討論了該項(xiàng)技術(shù)有待研究的問題以及發(fā)展趨勢(shì)?？梢钥吹?，磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)正在得到深入研究，同時(shí)可以預(yù)計(jì)，該項(xiàng)技術(shù)將會(huì)有一個(gè)廣泛的應(yīng)用，并且將帶動(dòng)更長(zhǎng)距離、更大功率的無線電能傳輸技術(shù)的研究和發(fā)展。

來源出版物：中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2013,33(3):1-13

入選年份：2017