表层分子结构与纳米调控聚酰亚胺薄膜表面及空间电荷特性研究

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1、表层分子结构与纳米调控聚酰亚胺薄膜表面及空间电荷特性研究EffectofMolecularStructureModificationandNanoparticlesonCharacteristicsofSurfaceandSpaceChargeofPolyimideFilms一级学科：电气工程学科专业：高电压与绝缘技术研究生：李杰指导教师：杜伯学教授天津大学电气与自动化工程学院二零一四年六月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学

2、或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据中文摘要聚酰亚胺作为一种特种工程材料，被广泛应用于特高压电抗器、

3、风力发电机、高速牵引电机等绕组绝缘材料，并在航空航天及微电子等领域有广泛的应用。但由于其作为有机物自身的缺陷，耐电性能不高，使用中过早击穿现象频发。绕组绝缘材料长期处于高温、高压、电晕与局部放电共同作用的复杂环境，导致电荷在绝缘内部迁移，在绝缘局部导致电荷累积，产生局部高场强，引起绝缘破坏及加速老化。表面和空间电荷的注入、积聚和运动规律，是材料的重要物理特性。本文研究了表层分子结构与纳米调控聚酰亚胺薄膜的表面及空间电荷动态特性，主要研究工作和取得的成果如下：（1）利用两步法制备了未添加纳米颗粒的聚酰亚胺薄膜，并通过原位聚合法制备了纳米Al2O3质量分数分别为1wt%、3wt%、5w

4、t%、7wt%的纳米复合聚酰亚胺薄膜，通过扫描电子显微镜对纳米颗粒分散情况进行观测，测试了不同纳米颗粒含量试样的介电常数，得到了纳米颗粒对聚酰亚胺薄膜介电常数的影响规律。（2）利用搭建的表层分子结构调控系统对添加和未添加纳米颗粒的聚酰亚胺薄膜进行不同反应时间下的表层分子结构调控处理，并对调控后试样的化学结构特性、微观形貌特征、元素组成以及介电常数等性能进行分析，得到了表层分子结构与纳米调控对试样化学结构和形貌特征及介电常数的影响规律。（3）对直流电压作用下针板电极间的试样表面电荷动态特性进行分析研究，得到了表层分子结构调控以及纳米颗粒质量分数对试样表面电荷积聚、消散特性的影响规律，

5、总结了表层分子结构调控及纳米调控对聚酰亚胺陷阱能级分布的影响规律，并采用固体能级分布及表面电子态理论解释了影响表面电荷动态特性的原因及运动方式。（4）通过表层分子结构调控反应时间对多层叠加试样空间电荷分布、内部电场强度及注入电荷量的分析，得到了多层叠加聚酰亚胺薄膜内空间电荷的分布特性。通过对试样电导率的测试，得到了表层分子结构调控反应时间对聚酰亚胺电导率的影响规律。关键词：聚酰亚胺，分子结构，纳米Al2O3，表面电荷，空间电荷万方数据ABSTRACTWiththeadvantagesofhightemperatureresistance,lowtemperaturetoleranc

6、e,radiationresistanceandexcellentdielectricproperties,Polyimidethatservesasatypicalkindofengineeringpolymermaterialhasbeenwidelyusedindifferentfields,suchastheaerial,nuclear,microelectronicindustry，turntoturninsulationandturntogroundinsulationofinverter-fedmotors.However,itsusageasaninsulating

7、materialforinverter-fedmotor,andextra-highvoltageelectricreactorisnotsuccessfuluptonow.Insulationearlyfailuresoccurfrequently.Theexistenceofsurfacechargeandspacechargehaveagreateffectonbreakdowncharacteristicandisthemainreasonleadingtod