聶永杰，趙現(xiàn)平，張少泉，陳曉云，張筱雨，趙娜

（云南電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院，昆明650217）

0 前言

固體絕緣沿面閃絡(luò)一直是高電壓與絕緣技術(shù)領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)問題，是發(fā)展先進輸變電裝備、脈沖功率驅(qū)動源、航天器電源系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸之一。固體絕緣與真空或氣體界面上的沿面閃絡(luò)電壓比同一間隙距離固體介質(zhì)或真空、氣體的擊穿電壓低幾倍到幾十倍，是電力裝備絕緣最薄弱的環(huán)節(jié)。因此，深入研究固體絕緣沿面閃絡(luò)特性和機理，提出提高固體絕緣沿面閃絡(luò)性能的理論方法，對于提高先進輸變電裝備、脈沖功率驅(qū)動源和航天器電源系統(tǒng)的電氣絕緣性能和運行可靠性具有重要意義。目前，在解釋真空沿面閃絡(luò)機理方面占主導(dǎo)地位的SEEA[1]及ETPR[2]模型認為，陰極三結(jié)合點處的初始發(fā)射電子在電場作用下會向陽極遷移，初始電子在遷移過程中會與介質(zhì)表面、吸附氣體分子發(fā)生碰撞，導(dǎo)致電子倍增并形成電子雪崩。最終，在陰極和陽極間形成貫穿的導(dǎo)電通道，導(dǎo)致沿面閃絡(luò)的發(fā)生。研究表明[3-6]，真空下的沿面閃絡(luò)過程的發(fā)展是電荷沿介質(zhì)表面的輸運行為，與介質(zhì)的陷阱分布特性密切相關(guān)，陷阱通過影響載流子的入陷、脫陷、復(fù)合等過程，從而影響載流子的能量與數(shù)量及碰撞電離與電子倍增過程等，最終影響閃絡(luò)性能。

大量研究表明[5,7-11]，深陷阱可以提升絕緣介質(zhì)的真空沿面閃絡(luò)性能。Li[7-8]等研究了表面氟化處理以及電子束輻照對低密度聚乙烯（LDPE）及環(huán)氧（EP）真空沿面閃絡(luò)特性的影響，結(jié)果表明兩種表面處理方式在介質(zhì)表層引入了更多的深陷阱能級，深陷阱抑制了閃絡(luò)發(fā)展過程中的二次電子倍增，提升了閃絡(luò)電壓。Chen[9-10]等研究了納米電介質(zhì)的真空沿面閃絡(luò)特性，認為納米摻雜引入了深陷阱，深陷阱可以捕獲二次電子，抑制了二次電子的發(fā)射和倍增，提高了閃絡(luò)電壓；而淺陷阱有利于電子的出陷，促進二次電子的輸運和倍增，從而降低了閃絡(luò)電壓。然而，也有研究表明，深陷阱有可能降低閃絡(luò)電壓，而淺陷阱會提高閃絡(luò)電壓[12-13]。Zhang[12]等研究了EP表層陷阱參數(shù)與真空沿面閃絡(luò)性能之間的關(guān)系時強調(diào)了淺電子陷阱的作用，認為高密度的淺電子陷阱有助于沿面閃絡(luò)性能的提升，并且不會導(dǎo)致電場畸變；此外，該研究還認為空穴陷阱可以和深電子陷阱中的電子復(fù)合，從而減小電場畸變效應(yīng)，促進閃絡(luò)性能的提升。Du[13]等研究了EP/BN 納米復(fù)合材料的陷阱特性與直流閃絡(luò)性能的關(guān)系，認為納米BN 的摻雜在復(fù)合材料表層引入了更多的深陷阱，深陷阱導(dǎo)致介質(zhì)表層電荷積聚，從而降低直流閃絡(luò)電壓。李成榕[14]等研究了氧化鋁陶瓷的表層陷阱分布對脈沖（0.7/4μs）閃絡(luò)電壓的影響，結(jié)果表明在陷阱深度變化不大的情況下，陷阱密度越大，表面帶電越多，沿面閃絡(luò)電壓越低。Chen[15]等研究EP微米復(fù)合材料在納秒脈沖下的沿面閃絡(luò)特性時認為應(yīng)該將深淺、陷阱對閃絡(luò)的影響作用分開考慮，并且還需要考慮陷阱密度的影響。

綜上所述，目前關(guān)于陷阱參數(shù)與真空沿面閃絡(luò)電壓之間的對應(yīng)關(guān)系并沒有形成太一致的結(jié)論，其原因主要有測試材料的不一致性、陷阱表征手段的差異以及對閃絡(luò)發(fā)展過程的理解及認識不同等。另外，以上研究中并沒有區(qū)分深、淺陷阱的不同作用及陷阱密度對閃絡(luò)發(fā)展過程的影響。本文認為，絕緣介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)影響其體陷阱特性，體陷阱特性影響表面的電荷輸運行為，最終影響真空沿面閃絡(luò)特性。因此，探尋一種可以控制聚合物微觀形態(tài)的方法，有助于研究聚合物材料微觀結(jié)構(gòu)、陷阱特性與宏觀閃絡(luò)性能之間的關(guān)聯(lián)。本文通過在半結(jié)晶聚合物LDPE中摻雜成核劑酚酞，改變LDPE 的結(jié)晶行為及顯微結(jié)構(gòu)，控制其體陷阱參數(shù)，最終達到影響真空沿面閃絡(luò)性能的目的。

1 試樣制備及實驗方法

1.1 試樣制備

以LDPE為基體，酚酞粉末為添加劑，分別制備酚酞質(zhì)量分數(shù)為0.03%、0.1%、0.4%、1%、5%的試樣，試樣按照濃度比例所對應(yīng)的編號為LDPE-0.03、LDPE-0.1、LDPE-0.4、LDPE-1、LDPE-5。首先，按照試樣酚酞濃度要求，分別稱量好固定質(zhì)量的LDPE 顆粒和酚酞粉末。隨后，將稱好的LDPE放入轉(zhuǎn)矩流變儀中在130℃、50r/min 的流變轉(zhuǎn)速下攪拌20 min。待加入的LDPE顆粒完全熔融后，加入酚酞繼續(xù)攪拌，30 min 后停止攪拌并將混好的聚乙烯酚酞復(fù)合材料取出熱壓成一定形狀的試樣，放置在空氣中自然冷卻至室溫以備測試。為了確保酚酞在LDPE中有好的分散性，本實驗中采用“母液分步稀釋法”制備含有不同濃度酚酞的聚乙烯復(fù)合材料。即：先制備酚酞摻雜濃度大的試樣，然后逐步稀釋大濃度試樣得到小濃度試樣。

1.2 真空沿面閃絡(luò)性能測試

真空直流沿面閃絡(luò)電壓測試系統(tǒng)由直流源、平板電極系統(tǒng)、真空系統(tǒng)等組成。電極為直徑40 mm、厚10 mm 的不銹鋼平板電極，測試試樣為直徑25 mm、高5 mm 的圓柱形試樣。在整個沿面閃絡(luò)的實驗過程中，真空腔內(nèi)的真空度保持在5×10-3Pa 以下。測試時，從0 kV 均勻的增加直流電壓，直至發(fā)生閃絡(luò)時關(guān)掉直流源并記錄閃絡(luò)發(fā)生時的電壓。間隔1 min 后，繼續(xù)以同一方式施加電壓直至發(fā)生閃絡(luò)。每個試樣閃絡(luò)10次，每種試樣取3片。所得的數(shù)據(jù)取平均值，即為試樣的真空直流沿面閃絡(luò)電壓。

1.3 結(jié)晶行為及顯微結(jié)構(gòu)測試

采用差示掃描量熱法（DSC）測試試樣的結(jié)晶行為，獲得酚酞改性對LDPE 的結(jié)晶度、熔融溫度、片晶厚度等參數(shù)的影響。整個DSC測試過程經(jīng)歷兩個循環(huán)，具體為：先將試樣從室溫冷卻到-30 ℃保溫5 min，然后以10 ℃/min 的升溫速率從-30 ℃升溫到170 ℃并保溫10 min，之后以10℃/min 的降溫速率降至-30℃并保溫3 min，開始下一個升溫—降溫的循環(huán)。為消除試樣制備過程中的熱歷史，采用第二個循環(huán)中的DSC曲線進行數(shù)據(jù)分析。采用DSC法測試材料的結(jié)晶度時，需要確定材料升溫過程中的熔融焓，利用總熱焓法[16]計算結(jié)晶度（Xc）、熔融溫度（Tm）、片晶厚度（L）等參數(shù)，計算過程如文獻[16]。

掃描電子顯微鏡（SEM）用來觀測試樣的晶粒形狀及晶粒尺寸。SEM測試前，先把試樣浸在硫酸和高錳酸鉀的質(zhì)量比為20:1的溶液中腐蝕30 min，之后在SEM下觀測其顯微形貌并統(tǒng)計球晶尺寸。本實驗中，采用數(shù)學統(tǒng)計的方法，通過對每種試樣約50個球晶的尺寸進行統(tǒng)計，計算出每種試樣的平均晶粒尺寸，計算方法如下：

式中：Di是第i個晶粒的尺寸/μm；n為統(tǒng)計的晶粒的總數(shù)量；Dn為計算出的試樣的平均球晶尺寸/μm。

1.4 熱刺激電流測試

本文采用熱刺激電流法（TSDC）提取試樣的陷阱參數(shù)，熱刺激電流測試過程中的設(shè)置條件如圖1 所示。得到熱刺激電流曲線后，采用“起始上升法”[17]計算各陷阱峰對應(yīng)的陷阱深度。

圖1熱刺激電流測試過程

采用陷阱電荷量的定量表示陷阱密度，陷阱電荷量的計算方法如下所示[4]：

式中：I為試樣熱激過程中形成的電流/A；T0、T為試樣熱激時的起始溫度及實時溫度/K；β為升溫速率/℃/min；Q為陷阱電荷量（可視為陷阱密度）。

2 實驗結(jié)果

2.1 顯微結(jié)構(gòu)測試結(jié)果

圖2是LDPE 及酚酞改性試樣的SEM 圖片。可以看出，隨著酚酞含量的增加，試樣的球晶尺寸逐漸減小，并且球晶尺寸大小分布趨于均勻。統(tǒng)計出的球晶尺寸如表1所示，從表1中球晶尺寸數(shù)據(jù)看出，同純LDPE相比，酚酞摻雜量最大的LDPE-5試樣的球晶尺寸減小了39.7%。

圖2酚酞改性試樣的SEM圖片

對以上球晶尺寸隨酚酞含量的變化可做如下解釋：高聚物的結(jié)晶過程由晶核的形成和晶粒的生長兩個階段構(gòu)成，而晶核的形成可以分為均相成核和異相成核兩種方式。均相成核是處于無定形態(tài)的高分子由于熱漲落而形成晶核的過程，異相成核是指高分子被吸附在某種外來雜質(zhì)的表面上而成核。根據(jù)以上成核過程定義，本文中純LDPE 的成核過程是均相成核。對純LDPE，主要依靠LDPE分子鏈的熱漲落形成晶核，這種成核方式下形成的晶核數(shù)量相對較少。球晶將沿著這些少量的晶核生長，直至長大的球晶相互碰撞從而停止生長，這種方式下容易生成大球晶。正如圖2(a)所示，LDPE的球晶尺寸比較大，且晶粒分布不均。對酚酞改性的LDPE，酚酞作為成核劑使得成核方式為異相成核，這種情況下，晶核數(shù)量明顯增多，生成的球晶將很快由于相互碰撞而停止生長，限制了球晶的長大，如圖2(b)～2(f)所示，因此，酚酞改性試樣的球晶尺寸隨酚酞濃度增加逐漸減小。

圖3是LDPE 及酚酞改性試樣的DSC曲線?？梢钥闯觯犹獡诫s前后，各種試樣的DSC曲線均為單一的熔融峰，峰形大致相同，只是峰的寬窄和位置發(fā)生了明顯的變化。DSC 曲線中，熔融峰的寬窄表示了熔程的長短，而熔融峰的位置表示材料內(nèi)結(jié)晶區(qū)域完全熔融時需要的溫度。熔程的長短和熔融峰的中心溫度取決于材料的結(jié)晶度、球晶尺寸等顯微結(jié)構(gòu)。

表1酚酞摻雜試樣的DSC熔融溫度、結(jié)晶度、片晶厚度、球晶尺寸

表1是根據(jù)DSC曲線及SEM提取的各試樣的熔融溫度（Tm）、熔融焓（?H）、結(jié)晶度（Xc）、片晶厚度（L）及球晶尺寸等結(jié)晶行為與微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)。圖4是根據(jù)表1提取的結(jié)晶行為參數(shù)及顯微結(jié)構(gòu)與酚酞含量的關(guān)系?？梢钥闯觯S著酚酞摻雜含量的增加，LDPE 及酚酞復(fù)合材料的結(jié)晶度先增大后減小，并在0.4%酚酞含量時達到最大值。相比LDPE，結(jié)晶度最大增大了10.89%。同時也可以看出，片晶厚度隨酚酞含量增加的變化規(guī)律與結(jié)晶度隨酚酞濃度增加的變化趨勢相同。以上結(jié)果說明，在聚乙烯中摻雜不同質(zhì)量分數(shù)的酚酞后，明顯改變了聚乙烯這種半結(jié)晶聚合物材料的結(jié)晶行為，如結(jié)晶度、球晶尺寸、片晶厚度等。

圖4酚酞摻雜對LDPE結(jié)晶行為的影響

2.2 真空直流沿面閃絡(luò)特性測試結(jié)果

表2是LDPE 及酚酞改性試樣的直流沿面閃絡(luò)電壓測試結(jié)果。表2表明，酚酞改性試樣的真空沿面閃絡(luò)電壓隨著酚酞濃度的增加先增大后減小，在1 wt%酚酞含量處達到最大值。六種試樣的閃絡(luò)電壓分別為30.17 kV、

31.33 k V、36.70 k V、41.67 k V、46.50 k V、43.60 kV，最大增長了（LDPE-1試 樣）48.42%。以上結(jié)果說明，酚酞摻雜可以改善LDPE半結(jié)晶聚合物的真空沿面閃絡(luò)性能。

表2試樣的真空直流沿面閃絡(luò)電壓

2.3 TSDC測試結(jié)果

圖5是LDPE及酚酞改性試樣的TSDC曲線。從圖5可以看出，除LDPE 及LDPE-5試樣分別在低溫及高溫處的電流峰不明顯外，幾乎每種試樣的TSDC 曲線都出現(xiàn)3個電流峰。本文中，對這3個電流峰從高溫到低溫做出了定義：處于350 K～370 K 區(qū)間的電流峰定義為α峰，處于310 K～350 K 之間的電流峰定義為β峰，處于250 K～280 K 低溫段的峰稱為γ峰?？梢钥闯?，α峰有隨著酚酞濃度的增加逐漸減小的趨勢，而γ峰的峰寬和峰高隨著酚酞含量增加逐漸變大，且γ峰的峰中心溫度逐漸向高溫移動。這說明，α峰的陷阱密度有隨酚酞摻雜量的增多逐漸減小的趨勢，而γ峰所對應(yīng)的陷阱深度和密度都有隨酚酞含量增多而增大。

圖5 TSDC曲線

表3是采用起始上升法對圖5中的TSDC曲線提取的陷阱參數(shù)。從表3可以看出，六種試樣的α峰的陷阱深度隨酚酞濃度的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，最大陷阱深度出現(xiàn)在酚酞添加量為1 wt%處，但陷阱電荷量隨酚酞濃度變化不是很有規(guī)律。β峰所對應(yīng)的陷阱深度及陷阱密度隨著酚酞濃度的增加整體上變化不明顯。γ峰的陷阱深度及陷阱密度隨酚酞含量增加逐漸變大，這和TSDC圖中表現(xiàn)出來的電流峰中心溫度右移是一致的。以上結(jié)果說明，酚酞摻雜改變了LDPE半結(jié)晶聚合物的陷阱分布特性，增加了深陷阱（α）的深度及淺陷阱（γ）的陷阱深度及陷阱密度。

表3酚酞改性LDPE試樣的陷阱參數(shù)

2.4 半結(jié)晶聚合物顯微結(jié)構(gòu)與陷阱參數(shù)關(guān)聯(lián)

已經(jīng)有較多研究者對LDPE的TSDC電流峰的起源機制做了細致的研究，其中日本Ieda[18]對LDPE 中TSDC所有電流峰給予了盡可能全面的解釋。Ieda 在LDPE的TSDC圖譜中發(fā)現(xiàn)了5個電流峰，并且認為這些電流峰是由于LDPE 中不同區(qū)域（晶區(qū)、非晶區(qū)）分子鏈及鏈段的運動引起。在Ieda 的關(guān)于LDPE的TSDC研究中，從低溫到高溫的五個電流峰依次命名為P1、P2、P3、P4、P5，電流峰中心溫度依次為120 K、160 K、250 K、300 K、340 K。本實驗中三個電流峰從低溫到高溫依次為250 K、320 K 及360 K?？梢钥闯?，本實驗的α、β和γ峰的出峰位置和Ieda 文獻中的P5、P4、P3峰很接近，P1、P2峰在本實驗中未出現(xiàn)以及其它電流峰和本實驗中電流峰中心位置的微小差異可能是由于測試的實驗條件不同引起。因此，本文用Ieda 研究成果中的P5、P4、P3電流峰來解釋本實驗中α、β、γ電流峰的起源機制。

Ieda 認為，陷阱的形成和聚合物中分子鏈以及鏈段的局部排列狀態(tài)相關(guān)，而TSDC電流峰是這些分子鏈的運動引起。α峰（和P5峰相對應(yīng)）是由于聚乙烯晶區(qū)內(nèi)分子鏈的運動引起；γ峰（和P3峰相對應(yīng)）是由于非晶區(qū)的分子鏈段運動引起；β峰（和P4峰相對應(yīng)）和晶區(qū)以及非晶區(qū)的界面處分子運動有關(guān)。聚合物的結(jié)晶過程可以看成是分子鏈重新排列以及排除缺陷的過程。因此，聚乙烯在摻雜酚酞后的重新結(jié)晶過程中，伴隨著球晶的形成，聚乙烯內(nèi)分子鏈的排列狀態(tài)或者方式將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致陷阱深度和陷阱密度也發(fā)生變化。在TSDC的升溫過程中，這些不同區(qū)域的、不同排列方式的分子鏈或者鏈段隨著溫度的升高將開始轉(zhuǎn)動（運動），從而表現(xiàn)出不同的電流峰特性。因此，TSDC圖譜中不同位置的電流峰對應(yīng)著材料內(nèi)不同區(qū)域內(nèi)分子鏈的信息。前文已講過，結(jié)晶的過程實際上是分子鏈重新排列的過程，也是重新形成不同尺寸的球晶及不同結(jié)晶度的過程。因此，分子鏈的重新排列將影響半結(jié)晶聚合物的晶粒大小及結(jié)晶度，也將引起陷阱參數(shù)的變化。由分子鏈運動所決定的晶粒尺寸及結(jié)晶度顯微結(jié)構(gòu)和陷阱參數(shù)之間應(yīng)該有著一定的對應(yīng)關(guān)系。圖6是LDPE 球晶尺寸和陷阱深度的關(guān)系?？梢钥闯?，處于晶區(qū)的α陷阱和非晶區(qū)的γ陷阱深度都隨著LDPE晶粒尺度的增大而減小，β峰陷阱深度變化不大。

除球晶尺寸與陷阱深度有直接的關(guān)聯(lián)外，結(jié)晶度對陷阱密度也有影響。圖5中，α峰和γ峰面積隨著酚酞含量的增加分別變小和增大，這說明深陷阱（α）和淺陷阱（γ）的密度隨酚酞濃度增加逐漸減小及增大。這種變化可以由“結(jié)晶過程也是排除缺陷的過程”這一認識來解釋。酚酞摻雜后，隨著結(jié)晶度的增加，結(jié)晶更加完善，晶區(qū)的缺陷將會進一步的被排除在非晶區(qū)，這就導(dǎo)致了α峰對應(yīng)深陷阱密度的減小和γ峰對應(yīng)淺陷阱密度的增大?？傮w上來看（包括晶區(qū)、界面、非晶區(qū)），隨著結(jié)晶度的增大，結(jié)晶進一步完善，缺陷將進一步減少，也即TSDC釋放的總電荷量也應(yīng)該隨之減少。圖7是結(jié)晶度與釋放總電荷量之間的關(guān)系，可以看出，釋放電荷總量隨著結(jié)晶度的增加而減少，實驗結(jié)果和以上分析相吻合。

圖6 LDPE球晶尺寸與陷阱深度之間的關(guān)系

圖7 LDPE結(jié)晶度與電荷量（陷阱密度）之間的關(guān)系

綜合球晶尺寸與陷阱深度、結(jié)晶度與陷阱密度的關(guān)系可知，半結(jié)晶聚合物的結(jié)晶行為與陷阱參數(shù)之間有明顯的關(guān)聯(lián)。即：LDPE 的陷阱深度隨球晶尺寸減小而增大，陷阱密度隨結(jié)晶度增大而減小。因此，可以通過控制半結(jié)晶聚合物的晶粒尺寸、結(jié)晶度等調(diào)節(jié)陷阱參數(shù)。

2.5 陷阱參數(shù)對真空沿面閃絡(luò)電壓影響

由SEEA[1]及ETPR[2]可知，二次電子的倍增過程對沿面閃絡(luò)的發(fā)展與形成至關(guān)重要。初始電子在電場作用下加速運動撞擊介質(zhì)表面時，有可能被介質(zhì)表層的陷阱捕獲，也有可能直接發(fā)生碰撞電離產(chǎn)生二次電子，這取決于初始電子的能量。如果這些初始電子或者產(chǎn)生的二次電子被介質(zhì)表層的陷阱捕獲，那么這些電子將不能立即參與后續(xù)的碰撞電離過程，從而抑制了二次電子雪崩的發(fā)生，有利于閃絡(luò)性能的提升。因此，陷阱可以起到調(diào)制載流子在電介質(zhì)表面輸運過程的作用，從而影響閃絡(luò)電壓。對于淺陷阱，電子入陷后很容易在熱的作用下脫陷，但是電子的入陷和脫陷都會損失掉一部分能量，從而減小了電子的動能，脫陷之后的電子能量減小，后續(xù)的碰撞電離不容易發(fā)生，提升了閃絡(luò)電壓。對于深陷阱，電子入陷后很難脫陷或者需要較長的時間才能脫陷，這就抑制了二次電子雪崩的發(fā)生，從而提升了閃絡(luò)性能。

圖8陷阱參數(shù)與真空沿面閃絡(luò)電壓之間的關(guān)系

表3中，當酚酞濃度小于5 wt%時，每種試樣的α陷阱深度和陷阱密度都遠大于γ陷阱深度及密度。對于低酚酞濃度摻雜試樣（≤1wt%），γ陷阱深度最大為0.28 e V，且陷阱密度很小，電子入陷后很快脫陷。所以，低酚酞濃度試樣的γ陷阱對沿面閃絡(luò)電壓影響很小。因此，當酚酞濃度在0～1 wt%之間時，隨α陷阱能級增加，入陷的電子越難以脫陷，抑制了二次電子的倍增，α陷阱參數(shù)對試樣的真空沿面閃絡(luò)性能的提升起著主要作用。當酚酞濃度達到5%時，α陷阱深度和陷阱密度下降幅度較大，但是沿面閃絡(luò)電壓只是輕微的下降，并沒有隨著α陷阱深度的快速下降而大幅降低，這主要是由于γ陷阱的深度和密度增長明顯。對LDPE-5 試樣，深陷阱α和淺陷阱γ的陷阱深度已經(jīng)區(qū)別不大，分別為0.68 e V 及0.65 e V，但是γ陷阱密度遠大于α陷阱密度。因此，在高酚酞濃度摻雜時（5 wt%），γ陷阱對試樣的真空沿面閃絡(luò)性能起主要的影響。從以上分析可以看出，陷阱的深度、密度在調(diào)控聚合物絕緣材料的真空沿面閃絡(luò)電壓時是相互配合與轉(zhuǎn)化的。

圖8是陷阱參數(shù)與真空直流沿面閃絡(luò)電壓之間的“U”型關(guān)系（圖中數(shù)據(jù)點旁邊的標出的數(shù)據(jù)是該試樣所對應(yīng)的陷阱參數(shù)），證明了陷阱深度及陷阱密度在調(diào)節(jié)閃絡(luò)電壓時相互轉(zhuǎn)化和配合的作用。圖8(a)為真空沿面閃絡(luò)電壓與陷阱深度及陷阱密度之間的關(guān)系，閃絡(luò)電壓隨著陷阱深度及密度的增加先下降后上升。但這并不意味著以上變化趨勢是單獨的陷阱深度或者陷阱密度作用的結(jié)果，而恰恰是兩者共同作用的體現(xiàn)，需要結(jié)合每個數(shù)據(jù)點所對應(yīng)的陷阱深度及陷阱密度同時分析。在左半?yún)^(qū)域，沿面閃絡(luò)電壓隨陷阱深度減小而增加，這是因為，陷阱深度減小時對應(yīng)的陷阱密度增大（藍色線及藍色線數(shù)據(jù)點旁邊所標的數(shù)據(jù)），大量的淺陷阱對閃絡(luò)的提升起到調(diào)節(jié)作用。在右半?yún)^(qū)域，閃絡(luò)電壓隨陷阱深度增大而增大，逐漸增加的陷阱深度對應(yīng)相對較小的陷阱密度（藍色線及藍色線數(shù)據(jù)點旁邊所標的數(shù)據(jù)），陷阱深度對閃絡(luò)的提升起到主要的調(diào)節(jié)作用。圖8(b)是總結(jié)陷阱深度及密度對閃絡(luò)電壓的關(guān)系后得出的深、淺陷阱及其密度與閃絡(luò)電壓的關(guān)系。該圖表明，陷阱的深度、密度在調(diào)節(jié)閃絡(luò)電壓時起到相互轉(zhuǎn)換、配合的作用，即：少量的深陷阱及大量的淺陷阱都能提升沿面閃絡(luò)電壓。陷阱較深時，深陷阱長時間的捕獲載流子，使得載流子很難脫陷，不能參與后續(xù)的碰撞電離過程，從而抑制了二次電子的倍增，提升了沿面閃絡(luò)性能。例如，當陷阱深度從0.81 eV 逐漸增加0.99 e V 時，對應(yīng)試樣從純LDPE 到酚酞濃增加到1 wt%時，直流沿面閃絡(luò)電壓增加48.42%。當陷阱較淺時（0.68 e V），雖然不能像深陷阱那樣長時間的捕獲載流子，但是大量的淺陷阱可以明顯的影響載流子的輸運，整體上減少電子的動能，抑制碰撞電離的發(fā)生，提升沿面閃絡(luò)電壓。

3 結(jié)束語

1）改變半結(jié)晶聚合物的顯微結(jié)構(gòu)及結(jié)晶行為，將影響體陷阱分布特性。對半結(jié)晶聚合物LDPE 而言，陷阱深度隨球晶尺寸減小而增大；陷阱密度隨結(jié)晶度增大而減小。

2）酚酞改性提升了LDPE 的真空沿面閃絡(luò)電壓，當酚酞濃度為1 wt%時，最大提升了

48.42%。

3）真空沿面閃絡(luò)電壓與陷阱深度及陷阱密度存在“U”型關(guān)系，即：陷阱深度及陷阱密度在影響閃絡(luò)性能過程中起著相互協(xié)調(diào)、配合及轉(zhuǎn)化的作用。當陷阱密度較小而陷阱深度較大時（酚酞濃度≤1 wt%），陷阱深度對沿面閃絡(luò)電壓的提升起主要作用；當陷阱深度較小而陷阱密度較大時（5 wt% 試樣），陷阱密度對閃絡(luò)電壓起主要作用，陷阱密度越大，閃絡(luò)電壓越高。