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1、第24卷第2期电工电能新技术Vol.24,No.22005年4月AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergyApr.2005高储能密度复合绝缘材料的研究12121,321王珏,王德生,严萍,杨士勇,潘洋,胡爱军,张适昌(1中国科学院电工研究所,北京100080;2中国科学院化学研究所,北京100080;3中国科学院研究生院,北京100039)摘要:本文利用高性能聚酰亚胺树脂为基体材料,与不同组成、不同比例的BaTiO3粉末复合,制备了高密度聚合物复合绝缘材料,并研究了
2、其电性能。实验发现随着BaTiO3含量的增加,复合材料电阻率下降,相对介电常数升高,介质损耗角正切提高。所制备的试样介电常数超过了30,直流下击穿场强大于300kVcm。还介绍了高储能密度复合绝缘材料和固体Blumlein及其应用的现状和发展。关键词:高储能密度;聚酰亚胺;复合材料;固体Blumlein线;钛酸钡中图分类号:TM855文献标识码:A文章编号:1003-3076(2005)02-0024-04近十倍,而且稳定性增强,不需要附属设施,这对脉1概述冲源的小型化、实用化具有极其重要的意义,但它对高储能密度复合
3、绝缘材料在电力系统、脉冲功材料提出了苛刻要求。率技术中有着广泛的应用需求。在脉冲功率技术中一般情况下,固体Blumlein线采用陶瓷材料,但由于储能元件的储能密度低,限制了高功率脉冲电陶瓷材料加工性差,击穿场强低,使它的应用受到限源的小型化和实用化。实现储能元件的小型化和轻制。目前主要采用纳米技术改性陶瓷材料,以增强量化,改善材料的储能密度是关键。目前,在大多数其加工特性和击穿强度来达到使用要求。美国场合下所用材料的储能密度与高功率脉冲电源从实Sandia国家实验室、MissouriRolla大学等研究单位都[2,3]验室走向实用的要
4、求还有相当的距离。曾有相关的研究。采用高介电常数复合绝缘材高功率窄脉冲平台中Blumlein线(脉冲形成线)料为解决这个难题提供了一种思路,国内国外都有[1]是一个关键储能和脉冲形成部件。它的长度与储相关的研究。由于高储能材料在脉冲功率技术中的能绝缘介质的介电常数和磁导率相关,厚度主要受特殊应用,国外的相关报道比较谨慎,对材料的成材料的绝缘性能影响。脉冲电源输出电压脉宽()分、制备方法、机理、测量条件等没有详细的介绍。由Blumlein线材料的介电常数和磁导率决定,即:美国的PennsylvaniaState大学材料研究实验室在海1
5、2=2L()C军办公室的支持下开展高储能密度复合材料的研[4]式中:L为Blumlein线的长度,、分别为材料究,他们将瓷粉(平均直径05m)与偏氟乙烯、三的相对磁导率和相对介电常数,C为光速。氟乙烯的共聚物溶于甲乙酮溶液,混合后,固化制得可见,要形成长脉冲,材料的尺寸随之增加。以介电常数=250,击穿场强E=为12MVcm(在几脉宽50ns为例,常用的油介质Blumlein线大约要5m十m厚度的薄膜上测得)的复合材料,但在厚尺寸长,严重限制了系统的小型化。如果材料相对介电下其击穿强度却大幅度下降,而且制
6、造困难,不适用常数(下文提到的介电常数均指相对介电常数)大于于固体Blumlein线。国内西安交通大学、上海交通100,击穿场强大于400kVcm,用这种材料制作的大学等单位也研究过相关高介电常数复合绝缘材[5-7]Blumlein线与用油介质的Blumlein线相比体积减小料,研究表明,在聚乙烯中加入60%以上的收稿日期:2004-06-24基金项目:国家863计划资助项目;国家自然科学基金重点资助项目(50437020)作者简介:王珏(1972-),男,浙江籍,助理研究员,硕士,研究方向为高电压绝缘及脉冲功率;王德生(1965
7、-),男,河南籍,副研究员,博士,研究方向为复合绝缘材料及高分子化学。第2期王珏,等:高储能密度复合绝缘材料的研究2555BaTiO3(钛酸钡)微粒(微米级),复合材料的介电常10V。最高可输出1310V直流高压。样品上数大于20;同时加入20%铝粉和40%BaTiO3微粒,的电压由静电电压表来测量,量程最高可达100kV。复合材料的介电常数可达到40,但其击穿场强只有试验采用不对称电极系统,高压电极为25的圆柱几十kVcm。目前主要进行对各种复合材料体系的铜电极,接地电极为75的圆台铜电极,试验采用特性及其体系间相互
8、作用机理的研究,但由于材料快速升压法。快速升压是指电压从零上升到击穿电的复杂性,还没有统一的理论解释和指导,亟待进一压所经历的时间,约为10~20s,施加最高电压步深入的研究。100kV。固体Blumlein线的研究工作
