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等离子体氟化纳米填料及其对环氧树脂界面电荷的诱导机制研究

发布时间: 2025-08-26

基本信息

合作方式： 技术转让
成果类型： 发明专利
行业领域：
新材料技术,高分子材料
成果介绍
高压输变电工程建设的加快与广域能源调配的需要使得电力系统对绝缘材料的性能要求日趋严格，环氧复合材料面临的沿面闪络问题成为制约其推广应用，威胁电力系统安全稳定运行的关键因素。本项目将等离子体技术与纳米改性技术相结合，提出了利用等离子体氟化纳米填料掺杂改性环氧树脂的方法，探索了该方法在环氧复合材料表面绝缘提升方面的作用规律。通过等离子体氟化纳米填料掺杂改性环氧树脂的方法可以显著降低纳米填料的有效掺杂浓度，显著改善填料的分散性及其与基体的相容性，降低环氧复合材料表面绝缘性能提升的工艺成本，保障高压电器设备的安全稳定运行。 项目组系统研究了纳米填料的电导特性及其等离子体氟化处理对环氧复合材料直流沿面闪络电压的影响规律，并结合表面电荷消散、陷阱分布特性的测试与仿真计算对其影响机制进行了深入探索，分析了半导体填料与等离子体氟化在环氧复合材料沿面耐压性能提升方面的协同作用机制。
成果亮点
(1)半导体纳米填料对环氧复合材料沿面耐压性能的提升效果最为明显,高导电的纳米填料渗流阈值较低，难以控制其有效浓度，而绝缘性填料则存在提升极限，等离子体氟化处理后增强效果有限。研究结果也表明一定程度提升环氧纳米复合材料的电荷消散能力对沿面耐压性能的提升具有显著的改善效果，而构筑填料网络能有效诱导界面电荷沿通道传输。 (2)等离子体氟化处理后的纳米填料对EP复合材料沿面耐压性能的提升效果要优于未氟化填料。氟化纳米填料彼此间的界面相互作用能降低，能有效提升其在聚合物基体内部的分散性。仿真结果表明引入含氟基团使得界面分子链段具有更高的能隙，从而在界面处引入更多的深陷阱能级，抑制载流子迁移。 (3)等离子体氟化改性半导体纳米填料能提升其在环氧复合材料中的渗流阈值,拓展填料的有效填充浓度。具有良好分散性的氟化纳米填料通过填料本征属性与纳米界面的协同作用能显著提升复合材料的表面绝缘强度，这为聚合物基复合绝缘材料的改性研究提供了新的思路。
团队介绍
长安大学（Chang’an University），位于陕西省西安市，简称“长大”，直属国家教育部，是国家首批“211工程”重点建设大学、国家“985工程优势学科创新平台”建设高校、国家“双一流”建设高校。入选国家“111计划”、“双万计划”、教育部“卓越工程师教育培养计划”、国家建设高水平大学公派研究生项目、世界能源大学联盟成员高校，丝绸之路大学联盟，是高水平行业特色大学优质资源共享联盟。
成果资料