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)紫外線等因子長期作用下，聚乙烯材料內(nèi)部會發(fā)生物理或化學(xué)變化(老化)而導(dǎo)致絕緣性能會下降。近年來，隨著空間電荷測試技術(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)的電聲脈沖法測量空間電荷基礎(chǔ)上，提出一種多能級陷阱模型及陷阱參數(shù)計(jì)算方法，開展了伽

3、馬射線和紫外線輻照LDPE材料的加速老化試驗(yàn)并測量其空間電荷特性，并利用這種多能級陷阱模型提取了材料的陷阱參數(shù)，同時結(jié)合輔以紅外光譜分析，擊穿場強(qiáng)測試和介電譜測試手段，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試系統(tǒng)。利用具有長存儲深度的數(shù)字示波器的順序采集模式同時采集空間電荷信號和高壓交流信號，并通過交流信號過零點(diǎn)位置的識別獲取不同相位的空間電荷信號。改進(jìn)

4、系統(tǒng)提高了信號相位的分辨率，縮短了測量時間，減小了測試誤差。提出的改進(jìn)PEA測試系統(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試。
　　 ②提出了一種多能級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。多能級陷阱模型準(zhǔn)確反應(yīng)了電荷入陷和脫陷過程，結(jié)合PEA法對空氣環(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)生了更深能級的陷阱，其陷阱能級范圍為0.8

5、～1.1 eV，陷阱電荷密度峰對應(yīng)的陷阱能級隨老化時間增加而增大。
　　 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)生了異號空間電荷，并且電荷積聚和衰減過程減慢；老化增加了材料的淺能級陷阱從而增強(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