不同納米顆粒含量對電氣擊穿強度測試的影響

    為了分析不同納米氧化鎂含量對聚丙烯薄膜擊穿特性的影響，對不同氧化鎂含量(<0.5%,  1%,  1.5%, 2%)的厚度為100 }m的改性聚丙烯薄膜在電極間距為4mm的針一棒電極下進行擊穿實驗，經過韋伯分布處理后的實驗結果如圖4-34和4-35所示，隨著納米顆粒含量的增加，擊穿電壓呈現先上升后下降的趨勢，其中當納米氧化鎂含量為1 0}o，擊穿電壓達到最大值，為17.83 kV。同時與未添加納米顆粒的聚丙烯相比，添加納米顆粒的改性聚丙烯在擊穿電壓均有一定程度上的提升。這主要是因為納米顆粒的添加會在聚合物基體中引入大量的顆粒和基體之間的界面區，該界面區的性能與原聚合物基體不同，從而使得納米復合材料表現出了更加優異的性質。特別是納米顆粒與基體之間的界面區可能會改變原聚合物基體中的陷阱能級和分布，從而改變載流子的輸運特性，抑制空間電荷積聚，提高擊穿場強。然而當納米氧化鎂含量進一步增加時，擊穿電壓反而下降，這可能與高納米顆粒含量材料中出現的大的團聚顆粒有關，團聚使得顆粒與基體之間介電常數和電導率的不匹配變得更加明顯，從而在團聚顆粒的周圍形成電場畸變，降低擊穿場強。另外，從圖4-35中可以發現，隨著極化/去極化時間的增加，改性聚丙烯薄膜的擊穿電壓也呈現下降的趨勢，這與純聚丙烯出現的情況相同。當納米氧化鎂含量為1 0}o，擊穿電壓下降的速度最慢，受極化/去極化的影響最小，表現出了更優異的電氣性能。當納米氧化鎂含量增大到2%時，擊穿電壓下降速度最快，受極化/去極化的影響最大。

    如圖4-36和4-37所示，利用兩種圖像提取方法對改性聚丙烯薄膜在不同納米氧化鎂含量下的擊穿孔和碳化區進行計算分析，可以得出隨著納米顆粒含量的增加，擊穿孔面積和角二階矩陣都表現出先增加后減少的趨勢，當納米氧化鎂含量為1 0}o時，擊穿孔面積和角二階矩陣達到最大值。這與擊穿電壓和擊穿電流隨納米顆粒含量的增加而表現出先增大后減小的趨勢有關，即產生的能量也有相同的變化趨勢，從而對薄膜造成相應的破壞。另外，隨著極化/去極化時間的增加，改性聚丙烯薄膜的擊穿孔面積和角二階矩陣也呈現下降的趨勢，這與純聚丙烯出現的情況相同。當納米氧化鎂含量為1 0}o，擊穿孔面積和角二階矩陣的減小速度最慢，而當納米氧化鎂含量增大到2%時，擊穿孔面積和角二階矩陣下降速度最快，受極化/去極化的影響最大。