納米材料改性絕緣層的耐電暈性能研究
研究表明，電暈放電產生的高能粒子、熱效應等會對有機高分子結構造成破壞并促使聚酰亞胺等絕緣材料降解，這是變頻電機絕緣失效的根本原因。而納米材料改性絕緣層能夠顯著提高材料的耐電暈性能，以下是對其研究的詳細歸納：
一、納米材料改性絕緣層的優(yōu)勢
特殊電氣性能：將納米粒子作為填充物添加到聚合物中，會給絕緣材料帶來高介電常數(shù)、低損耗、耐電暈等特殊電氣性能。
界面效應：在納米電介質領域，界面是影響材料絕緣性能的關鍵。納米粒子因其較大的比表能，會在絕緣材料中出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，降低納米效應。而對納米粒子進行表面改性可以提高其與基體的相容性，減少團聚，增加納米粒子和聚合物基體間的界面區(qū)域，從而提高耐電暈性能。
二、納米材料改性絕緣層的方法
化學改性：對納米粒子表面進行化學改性，提高其與基體的相容性。但該方法對納米電介質電氣性能的提高有限，且國內外學者仍在探索進一步提高絕緣材料性能的方法。
低溫等離子體技術：近年來，低溫等離子體技術在聚合物材料表面改性上已有廣泛的應用。等離子體處理納米粒子僅改變其表面性能，對其本身性能沒有影響，處理過程簡單，不需要化學溶劑，且處理效果較好。在等離子體作用下，納米粒子表面會產生大量活性基團，與硅烷偶聯(lián)劑水解后產生的硅醇鍵反應形成氫鍵，從而提高納米粒子和硅烷偶聯(lián)劑的偶聯(lián)效果，改善納米粒子在絕緣層中的分散特性，增加界面區(qū)域，提高耐電暈性能。
三、納米材料改性絕緣層的耐電暈機理
多核模型：日本早稻田大學的Tanaka T等基于化學、電學和形態(tài)學理論，提出了多核模型，用于解釋納米層狀材料在提高聚合物耐電暈性能方面所起的作用。他們認為，復合材料表面的電暈腐蝕深度是純聚合物的五分之一，耐電暈性能的提高與層狀硅酸鹽的高耐局部放電性有密切關系。
界面阻擋效應：當局部放電作用于復合材料表面時，表層的聚合物首先遭到破壞而分解。之后，由于外層聚合物的耐電暈性能較弱而被破壞，當局部放電遇到中間層或內層時，由于其較強的耐電暈性能，破壞通道將沿著中間層與聚合物的界面繼續(xù)生長，形成之字形路徑，從而延長耐電暈壽命。
電荷消散機制：納米粒子經過等離子體處理后，大大增加了復合薄膜中的界面區(qū)域，使得界面區(qū)域介電雙層結構發(fā)生重疊，提高了薄膜的電導率，并在薄膜內部沿著重疊區(qū)域形成了導電通道，促進了薄膜內部電荷的消散，改善了薄膜內部電場，從而提高了薄膜的耐電暈壽命。
四、研究現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)
研究現(xiàn)狀：目前，對聚酰亞胺納米復合薄膜的研究主要是針對納米粒子對PI薄膜性能的影響，但缺乏通過對納米粒子改性來改善PI納米薄膜絕緣性能的研究。然而，已有研究表明，利用等離子體對納米粒子表面改性是一種提高PI納米復合材料絕緣性能的有效方法。
挑戰(zhàn)：在無機納米材料改性聚合物的耐電暈機理方面，不同的學者從某一角度對納米粒子在提高聚合物的耐電暈性能方面提出了不同觀點，仍然缺乏一致的認識。此外，在耐電暈材料的制備方法上，一般采用共混法向傳統(tǒng)的耐高溫聚合物中填充一定量無機納米粒子，但由于納米粒子具有高表面能和強極性表面，多數(shù)情況下是以團聚體的形式存在于聚合物中，難以達到納米化分散狀態(tài)，造成產品耐電暈性能差、分散性大。
五、未來發(fā)展方向
深入研究機理：繼續(xù)加強對聚酰亞胺薄膜耐電暈機理的探索，探明界面效應及陷阱特性對耐電暈性能的作用機理。
優(yōu)化制備方法：研究新的制備方法，如原位聚合法等，實現(xiàn)納米粒子在聚合物中的均勻分散，提高耐電暈性能。
建立標準體系：盡快建立耐電暈材料的國家標準，促進工業(yè)化生產進程。
