擊穿場強(qiáng)測試結(jié)果分析

對(duì)于摻雜納米粒子來提高環(huán)氧樹脂的擊穿性能，有很多科學(xué)工作者也都做過研究，王旗等研宄了在環(huán)氧樹脂中摻雜納米和微米氧化鋁對(duì)環(huán)氧樹脂擊穿強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在環(huán)氧樹脂中摻雜納米氧化鋁會(huì)提高擊穿場強(qiáng)，而摻雜微米氧化錯(cuò)會(huì)降低復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度。而且，當(dāng)納米氧化鋁顆粒含量較低時(shí)，加入納米氧化鋁顆粒到環(huán)氧樹脂降低了環(huán)氧樹脂的擊穿強(qiáng)度，當(dāng)納米氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到5WT%時(shí)，納米氧化鋁/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度超過了純環(huán)氧樹脂的擊穿強(qiáng)度。他認(rèn)為這是電于由于納米氧化鋁顆粒具有更大的比表面積，能夠在大分子及其鏈之間形成緊密連接，阻止初始電子移動(dòng)，加入到環(huán)氧樹脂中后能消除環(huán)氧樹脂的部分缺陷，因此引入納米氧化鋁顆粒能提高環(huán)氧樹脂的擊穿強(qiáng)度與納米氧化鋁顆粒相比，單個(gè)微米氧化鋁顆粒過大，很難像納米氧化鋁顆粒一樣能與環(huán)氧樹脂形成緊密結(jié)構(gòu)。微米氧化鋁顆粒與環(huán)氧樹脂之間的松散結(jié)構(gòu)，不能像納米氧化鋁顆粒一樣移除，隨添加奮增大，反而引入更多導(dǎo)致環(huán)氧復(fù)合材料擊穿強(qiáng)度降低的缺陷。該缺陷能夠使起始電子更容易移動(dòng)，并隨著起始電子的撞擊而引入更多的電子，從而降低了擊穿強(qiáng)度。納米氧化鋁提高了環(huán)氧樹脂的擊穿強(qiáng)度，而微米氧化招則降低了擊穿強(qiáng)度。也研究了微米、納米、微/納米A1203對(duì)環(huán)氧樹脂擊穿強(qiáng)度的影響，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)摻雜微米氧化鋁的復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度較純環(huán)氧樹脂降低了55%，由202.8KV降低到90.3KV；而在微/納米復(fù)合材料又較納米復(fù)合材料擊穿電壓略高；偶聯(lián)劑對(duì)擊穿強(qiáng)度的影響不大。他認(rèn)為是由于納米粒子具有更高的擊穿強(qiáng)度，阻擋了電樹枝和放電通道的生長。

結(jié)合本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果和酵前對(duì)于擊穿強(qiáng)度作用機(jī)理的研宄成果，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出如下討論。當(dāng)環(huán)氧樹脂內(nèi)部不填加任何納米填料時(shí)，環(huán)氧固化物會(huì)由于固化不全而形成分子團(tuán)，在分子面之間，會(huì)形成缺陷，這在圖2-1中能清晰的看出，分子團(tuán)與分子團(tuán)之間都有較深的縫隙。由于這些缺陷的存在，導(dǎo)致環(huán)氧樹脂的擊穿強(qiáng)度較低。

當(dāng)環(huán)氧樹脂中摻雜納米粒子后，環(huán)氧樹脂擊穿電壓升高,—方面是納米粒子的形態(tài)緊，擊穿強(qiáng)度很高，預(yù)放電通道、電樹枝等可被納米填料中斷，其模型如下圖所示：

另一方面，聚合物中摻雜納米粒子引入了大量陷阱或者使原有的陷阱能級(jí)變深，由于載流子的入陷和出陷，使得載流子自由程變短，遷移率降低，在電場作用下積累的動(dòng)能也降低，減少了載流子對(duì)聚合物分予鏈的撞擊破壞，從而提高了擊穿場強(qiáng)。

當(dāng)添加量進(jìn)一歩増加時(shí)（超過5wt%），復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度開始下降，這可能是兩方面原因造成的。首先，當(dāng)納米粒子摻雜量較大時(shí)，由于其表面能大，納米粒子開始團(tuán)聚，使得納米粒子具有的小尺寸效應(yīng)消失，并且在復(fù)合材料內(nèi)部引入了缺陷，從而使擊穿強(qiáng)度降低。其次，隨著導(dǎo)電粒子濃度的增加，導(dǎo)電粒子之間開始相互接觸，能形成連續(xù)導(dǎo)電逾滲網(wǎng)絡(luò)，從而使材料的擊穿強(qiáng)度又逐漸降低。