綜述快遞|廣東以色列理工學院Daniel Q. Tan教授:具有高介電強度的納米聚合物電介質研究進展

2021-02-13 介電高分子材料


聚合物電介質由於其高介電強度、耐高壓、低損耗、低等效串聯電阻和漸進失效機制等優點，是許多電絕緣和儲能應用中不可比擬的首選材料。隨著電力電子、儲能系統對極端環境應用需求的日益增長，電介質和電氣絕緣材料的發展出現了一個極好的機遇。

近年來，聚合物電介質材料在電子電氣領域日益凸顯出重要意義，其研究取得了長足進展。

近日，廣東以色列理工學院Daniel Q. Tan教授在Journal of Applied Polymer Science期刊上發表「The search for enhanced dielectric strength of polymer based dielectrics: A focused review on polymer nanocomposites」的綜述文章，著重介紹了具有高介電強度的聚合物薄膜以及納米聚合物電介質材料的研究進展。

該綜述追溯了眾多在高儲能和電絕緣應用中，如何提高聚合物電介質的介電強度的工作，討論過去15年來商用聚合物薄膜、實驗室級聚合物介質和納米復電介質在電容器和電纜絕緣方面的優勢和挑戰。通過設計無機納米填料、塗層和聚合物基質的納米介電工程等方法，在提高電介質材料介電性能方面已取得了顯著進展。

   圖1. 介電聚合物在電氣元件和電子系統中的應用


文章首先介紹了聚合物電介質在電容器和電纜/電線絕緣領域面臨的挑戰，回顧了介電材料在電容器和電纜應用中提高介電強度方面的研究進展。

圖2. 介電材料研究的進展

接著，文章系統綜述了提高聚合物和納米複合材料介電強度的幾種主要技術途徑，包括在納米顆粒摻雜、填料-聚合物界面工程和薄膜表面塗層等。重點研究了包括核殼結構的合理設計、低維填料和導熱填料以及聚合物薄膜的無機表面塗層對界面的貢獻作用。同時，還探討了介電機制和界面對電荷輸運陷阱可能產生的積極作用（獲得更高的擊穿強度）。最後，文章對介電薄膜技術的發展需求進行了展望，提出低維高導熱填料/塗層電介質材料的研究是未來重要的科學研究課題。

文章連結：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/app.49379

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