聚酰亞胺-三氧化二鋁復(fù)合薄膜耐電暈性能及機(jī)理.pdf

1、聚合物因其優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于電氣絕緣、變頻電機(jī)、燃料電池、航空航天等領(lǐng)域。隨著納米技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，聚合物基納米復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與研制已成為材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。本文利用具有較大比表面積和電阻率相對(duì)較低的Al2O3雜化聚酰亞胺，研究復(fù)合薄膜耐電暈性能及機(jī)理。
　　采用原位聚合法制備不同組分單層、三層PI/Al2O3聚酰亞胺基納米復(fù)合薄膜。利用X射線衍射、透射電鏡、掃描電鏡等方法研究薄膜結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，Al2O3使聚酰

2、亞胺衍射峰強(qiáng)度下降，取向程度降低;納米Al2O3的粒徑為10～20nm，與聚酰亞胺形成了低密度的界面層，界面層厚度為3～6nm;三層薄膜中間層、雜化層厚度約為10μm，少量Al2O3向中間層擴(kuò)散。
　　采用電暈測(cè)試設(shè)備、表面電阻測(cè)試裝置、電導(dǎo)電流測(cè)試系統(tǒng)、介電譜儀測(cè)試薄膜的耐電暈性能、表面電阻、老化擊穿閾值電場(chǎng)、體積電阻率，并使用原子力顯微鏡和掃描電鏡分析薄膜老化速率和表面形貌。結(jié)果表明，三層薄膜比單層薄膜具有更好的耐電暈性能，A

3、l2O3含量為20wt.％的三層復(fù)合薄膜(PI/Al2O320wt.％)耐電暈壽命最長(zhǎng)，約為純PI的27.8倍;隨著納米Al2O3的增加，薄膜的表面電阻顯著下降，勻化電場(chǎng)能力提高;電暈過(guò)程中，PI/Al2O320wt.％的表面老化速率明顯小于純PI;納米Al2O3導(dǎo)致薄膜的電導(dǎo)電流明顯增大，陷阱數(shù)量增加，PI/Al2O320wt.％的老化擊穿閾值電場(chǎng)最高;Al2O3與聚酰亞胺通過(guò)界面有機(jī)結(jié)合在一起，形成電暈阻擋層;隨著納米Al2O3含量

4、的增加，薄膜的體積電阻率單調(diào)下降，三層薄膜比單層薄膜具有更高的體積電阻率。
　　在實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，提出三層薄膜耐電暈機(jī)理。雜化層中，Al2O3降低薄膜表面電阻，勻化表面電場(chǎng)，減小單位面積表面老化速率;引入較多陷阱能級(jí)，提高電導(dǎo)電流，使載流子在Al2O3和界面層中輸運(yùn)，減小載流子碰撞缺陷的幾率，同時(shí)，減小熱載流子產(chǎn)生的幾率;Al2O3比表面積很大，緊密結(jié)合聚酰亞胺，形成化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的電暈阻擋層。中間層相對(duì)提高薄膜體積電阻率，減少