伽馬射線和紫外線老化條件下聚乙烯的空間電荷特性和陷阱特征.pdf

1、低密度聚乙烯(LDPE)由于其卓越的電氣、化學(xué)和機(jī)械性能作為絕緣材料廣泛用于直流高壓電力電纜輸電設(shè)備和宇宙航天以及核工業(yè)等環(huán)境下電氣電子設(shè)備中，但在高場(chǎng)強(qiáng)、太空宇宙及核工業(yè)環(huán)境的大量放射線以及強(qiáng)紫外線等因子長(zhǎng)期作用下，聚乙烯材料內(nèi)部會(huì)發(fā)生物理或化學(xué)變化(老化)而導(dǎo)致絕緣性能會(huì)下降。近年來(lái)，隨著空間電荷測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步，電荷入陷和脫陷現(xiàn)象引起廣泛關(guān)注。研究表明空間電荷現(xiàn)象可能與材料中發(fā)生的老化緊密聯(lián)系。為此，揭示空間電荷入陷和脫陷與材料老化

2、發(fā)生的微觀化學(xué)變化之間的關(guān)聯(lián)是深入理解各種條件下聚合物材料老化機(jī)理的關(guān)鍵。然而，聚乙烯中電荷的入陷和脫陷是與材料微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)的復(fù)雜話題，在微觀形態(tài)與陷阱參數(shù)關(guān)系建立之前需要進(jìn)一步研究。因此，研究伽馬射線和紫外線輻照條件下聚乙烯材料的空間電荷特性及陷阱特征對(duì)理解材料老化的微觀結(jié)構(gòu)變化和宏觀電性能的關(guān)聯(lián)具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用前景。
　　 本文在一種改進(jìn)的電聲脈沖法測(cè)量空間電荷基礎(chǔ)上，提出一種多能級(jí)陷阱模型及陷阱參數(shù)計(jì)算方法，開(kāi)展了伽

3、馬射線和紫外線輻照LDPE材料的加速老化試驗(yàn)并測(cè)量其空間電荷特性，并利用這種多能級(jí)陷阱模型提取了材料的陷阱參數(shù)，同時(shí)結(jié)合輔以紅外光譜分析，擊穿場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試和介電譜測(cè)試手段，分析材料微觀化學(xué)變化和陷阱參數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。本論文取得的主要研究成果有：
　　 ①改進(jìn)了一種PEA法的交流空間電荷測(cè)試系統(tǒng)。利用具有長(zhǎng)存儲(chǔ)深度的數(shù)字示波器的順序采集模式同時(shí)采集空間電荷信號(hào)和高壓交流信號(hào)，并通過(guò)交流信號(hào)過(guò)零點(diǎn)位置的識(shí)別獲取不同相位的空間電荷信號(hào)。改進(jìn)

4、系統(tǒng)提高了信號(hào)相位的分辨率，縮短了測(cè)量時(shí)間，減小了測(cè)試誤差。提出的改進(jìn)PEA測(cè)試系統(tǒng)可擴(kuò)展到更高頻及任意波形的外加電壓下的空間電荷測(cè)試。
　　 ②提出了一種多能級(jí)陷阱分布條件下的空間電荷陷阱模型并據(jù)此計(jì)算得到陷阱參數(shù)，分析得到了直流電老化下LDPE材料的陷阱特征。多能級(jí)陷阱模型準(zhǔn)確反應(yīng)了電荷入陷和脫陷過(guò)程，結(jié)合PEA法對(duì)空氣環(huán)境下直流電老化空間電荷數(shù)據(jù)和陷阱參數(shù)計(jì)算結(jié)果表明：直流電老化產(chǎn)生了更深能級(jí)的陷阱，其陷阱能級(jí)范圍為0.8

5、～1.1 eV，陷阱電荷密度峰對(duì)應(yīng)的陷阱能級(jí)隨老化時(shí)間增加而增大。
　　 ③研究了LDPE材料在伽馬射線和紫外線老化下的空間電荷特性。結(jié)果表明LDPE在空氣環(huán)境下的伽馬射線輻照和紫外線老化都產(chǎn)生了異號(hào)空間電荷，并且電荷積聚和衰減過(guò)程減慢；老化增加了材料的淺能級(jí)陷阱從而增強(qiáng)了電荷注入和電荷積聚總量，并且電荷積聚總量隨著老化時(shí)間增加而增大。
　　 ④綜合分析伽馬射線和紫外線老化LDPE材料的空間電荷陷阱參數(shù)，提出了由陷阱能級(jí)