微纳米无机氧化物环氧复合涂层的快脉冲真空闪络特性

围绕一台具有200kV最大峰值输出电压,上升沿40ns,半高宽300ns,真空度5×10^-3Pa快脉冲真空闪络试验装置,采用不锈钢指形电极系统,研究了不同真空度、不同闪络间隙对闪络特性的影响,确定了实验用的真空度和电极间距．重点研究了不同质量分数的微米Al2O3·3H2O和纳米SiO2,Al2O3,Al2O3·3H2O填料的环氧基复合材料的闪络特性,讨论了界面对闪络性能的影响机制．     

氧化锌压敏陶瓷击穿的几何效应与微观结构的关系

采用两面磨薄试样的方法，研究具有不同击穿场强的氧化锌压敏陶瓷的击穿场强与Ｅ１ｍＡ与厚度的关系，得到了击穿中场强Ｅ１ｍＡ随厚度变化的几何效应规律，利用光学显微方法，观测试样微观结构并用ＺｎＯ晶粒工度的分散度和平均晶粒长宽比作为微观结构特征参数表征ＺｎＯ晶粒尺寸分布的不均匀性和形状的不规整性，研究表明，临界厚度ｄ０与ＺｎＯ晶料尺寸的分散度成正比；斜率ｂ２与平均晶粒长宽比也成正比，建立了宏观电性能与微观     

La、Cr掺杂对钛酸锶钡陶瓷调谐性能的影响

针对可调谐微波器件对材料高介电可调性与低介电损耗的性能需求，采用传统固相烧结法，设计并制备了具有优异调谐性能的施受主复合掺杂(Ba_0.675Sr_0.325)_1-0.005La_0.005Ti_1-xCr_xO₃(x=0.3%、0.5%、0.7%、1.0%)陶瓷。引入施主杂质La取代A位元素改善介电可调性，受主杂质Cr取代B位元素降低介电损耗，并改变施主/受主掺杂比，研究了施主/受主掺杂比对钛酸锶钡(BST)陶瓷微观结构与电学性能的影响规律。实验结果表明：随着受主杂质摩尔分数的增加，晶粒尺寸先增大后减小，致密度先提升后降低，即合适的施主/受主掺杂比更有利于试样的致密化；当Cr³⁺的摩尔分数为0.7%时，试样的调谐性能最佳，其介电可调性为83.6%,介电损耗为0.004 1,优值因子可达到204,此时，试样的击穿场强达到14 kV/mm。研究结果可为材料在强外加电场下使用稳定性提供参考。     

TiO2/Al2O3-Al2O3-TiO2/Al2O3绝缘结构的真空沿面闪络特性

基于变插入层介电常数的多层绝缘结构能改善电场分布、提高真空沿面闪络特性.通过真空热压烧结制备了TiO2/Al2O3-Al2O3-TiO2/Al2O3(A-B-A)3层绝缘结构,A层w(TiO2)为0.5%到20%.测量了该绝缘结构的真空沿面闪络特性,发现闪络特性随w(TiO2)的增加而提高,当w(TiO2)为20%时,其脉冲初次闪络电压较同等厚度的Al2O3陶瓷提高了63%.研究发现:A层的介电常数可由w(TiO2)调控,介电常数的增大能有效降低真空-绝缘子-阴极三结合点处的电场强度;A层表面存在的TiO2颗粒可以减小二次电子发射系数并改善表面电荷分布;TiO2的电导率虽比Al2O3高,但其仍为绝缘体,即使TiO2含量较高时也不会形成贯穿的导电通道.     

粉体合成方法对CaCu_3Ti_4O_(12)陶瓷介电性能的影响

为了深入研究粉体合成方法对CaCu3Ti4O12(CCTO)陶瓷介电松弛机理以及缺陷结构的影响,对比了固相反应法和溶胶凝胶法合成CCTO陶瓷的介电性能,并且在此基础上引入了CCTO陶瓷的缺陷结构分析。采用固相反应法和溶胶凝胶法合成了CCTO粉体,在1 080℃下烧结4h制备了CCTO陶瓷样品。溶胶凝胶法合成陶瓷的平均晶粒尺寸是固相法合成陶瓷试样的5倍。J-E特性和介电性能分析表明,溶胶凝胶法合成陶瓷的击穿场强(170V/cm)远小于固相法合成陶瓷(4 980V/cm),且前者的介电损耗和介电常数均达到后者的20倍左右。结合介电损耗因子的曲线拟合结果和阻抗谱分析得到,溶胶凝胶法合成陶瓷的晶界电阻为0.272 MΩ,是固相法(1.03MΩ)的1/3,松弛峰强度是固相法的15倍;两种陶瓷样品的本征松弛峰活化能和晶粒活化能均接近,说明粉体合成方法能够影响CCTO陶瓷的晶界电阻和松弛峰强度,进而影响其宏观电性能,但是对陶瓷的本征松弛机理没有影响。     

ZnO压敏陶瓷次晶界及其对陶瓷性能的作用

研究了在烧结过程中，烧结温度与等温烧结时间对ＺｎＯ晶粒中次晶界的影响及次晶界对ＺｎＯ压敏陶瓷电性能的作用，结果发现随烧结温度升高、等温烧结时间延长，次晶界趋于消失，次晶界的存在将增大ＺｎＯ晶粒的电阻率、削弱ＺｎＯ压敏陶瓷的脉冲能量吸收能力。     

陷阱密度对低密度聚乙烯空间电荷形成与积累特性的影响

在高压直流输变电设备绝缘系统中,空间电荷效应是影响设备绝缘劣化的主要因素之一.研究材料陷阱分布对空间电荷形成与积累特性的影响,对于诊断设备绝缘老化较为重要.建立了单极性电荷输运模型,研究了电荷注入、电荷输运和电荷入陷脱陷的物理过程.通过求解电荷连续性方程、泊松方程和电荷入陷与脱陷的一阶动力学方程,可以得出陷阱密度对低密度聚乙烯介质内空间电荷分布特性的影响.计算得到了不同陷阱密度（6.25×1019~6.25×1021m3）介质的内部空间电荷随时间和陷阱密度的变化关系.随着加压时间的延长,自由电子总数先增加后减小,被捕获电子的总数则逐渐增大.在一定陷阱密度范围内（小于~3.125×1021m3）,最大自由电子总数随着陷阱密度的增大逐渐减小,最大被捕获电子总数则逐渐增加.当陷阱密度大于3.125×1021m3时,介质内部电荷数量随陷阱密度变化不大.该模型和相关结论可以更好地理解高压直流输变电设备的绝缘老化现象和机理.     

自然现象对电力系统设计和运行的影响

按照CIGRE中国国家电网委员会的统一安排，在教育部的支持下，我们一行3人出席了2006年8月27日-9月2日在法国巴黎举行的CIGRE第41届大会。     

聚合物纳米复合电介质电热耦合分子断裂击穿特性与机理研究

薄膜介电电容器是电力系统、新能源汽车及电磁能装备中广泛使用的高功率储能设备.但面对越来越高的工作温度,电介质的击穿强度急剧下降,导致电容器的储能密度大幅减小.为了明确电介质击穿特性和温度间的定量关系,本文制备了聚丙烯/氧化铝和聚醚酰亚胺/氧化铝纳米复合电介质,研究其击穿强度的温度依赖性.结果表明,电介质的击穿场强随温度升高下降幅度增大,两者间为凸函数关系.但传统击穿模型均得到击穿强度与温度的变化为凹函数关系,与实验结果不符.本文建立了电热耦合分子断裂击穿模型,模型解析值与实验数据的最大误差仅为3.57%;从分子定向运动导致局部分子链相互作用强度下降的角度揭示了聚合物的击穿机理;纳米填料掺杂会导致复合电介质中的分子链受到束缚,界面区分子链间相互作用增强,并减少弱束缚分子链段,提升电介质的击穿场强及其温度稳定性.该研究为开发耐高温储能电容器提供了理论模型支持.