重慶大學輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室、中國科學院電工研究所的研究人員吳世林、楊慶、邵濤，在2019年第16期《電工技術學報》上撰文指出，在強電場作用下電極材料向液體電介質注入一定量的空間電荷，會造成電場畸變，影響液體電介質絕緣性能。
為了探究低溫等離子體改性電極對液體電介質絕緣性能的影響，採用真空濺射鍍膜法分別對鋁、銅和不鏽鋼三種電極材料濺射TiO2對其表面進行改性，測試改性前後液體電介質的擊穿電壓，並利用Kerr電光效應測量了改性前後三種電極材料向液體電介質注入空間電荷的分布情況。
結果表明，在鋁、銅和不鏽鋼三種電極材料表面改性後，液體電介質的擊穿電壓有明顯的提高，提升幅度依次分別為6.7%、4.1%和9.0%。濺射的TiO2膜增加了鋁和銅電極表面屏蔽層，削弱了陰極的電場畸變，導致注入液體空間電荷量的降低；其次濺射過程中產生的粒子撞擊電極改變了電極表面的微觀結構，不鏽鋼電極下液體電介質形成了雙極電荷注入。
液體電介質具有較高的擊穿強度，良好的絕緣恢復特性和散熱特性，因此廣泛地應用於電力設備。近年來，輸電電壓等級不斷提高，對液體電介質擊穿性能的要求也越來越高，液體電介質的絕緣性能對於電力系統的安全穩定運行具有重要意義。
目前國內外大多數學者也從不同的方面對提高液體絕緣性能進行了大量的研究。影響液體絕緣性能的關鍵在於液體本身的性質以及液體中空間電荷的影響兩個方面因素，而空間電荷的影響則制約了電介質的耐壓強度。空間電荷對絕緣性能的影響主要是從電荷的注入和電荷的轉移兩方面體現。
一方面，大多數學者通過對液體本身性能的改變來提高液體的擊穿強度，如Zou P. 等利用納米粒子改性液體電介質，研究發現納米粒子作用能夠引入勢阱，捕獲快速移動的電子從而抑制流注的發展，提高液體的絕緣性能。但是納米顆粒易沉積，很難形成穩定的納米流體應用於電力系統中。
另一方面，許多學者從電極材料入手，抑制電極向液體注入空間電荷從而提高其絕緣性能。研究發現電極材料不同時，高純水、硝基苯以及變壓器油等電荷注入有差別，選用合適的電極材料能夠抑制電荷注入，從而提高液體的絕緣性能。因此對電極材料進行合適的改性能夠抑制其電荷注入的能力，從而實現對液體絕緣性能的改善。
低溫等離子體技術在材料改性方面得到廣泛的應用，有研究表明通過表面改性技術改變絕緣材料表面化學特性及物理形貌能夠抑制表面電荷積聚，進而提升絕緣材料的耐壓特性。
何金良等利用高真空磁控濺射在環氧樹脂表面濺射Cr2O3薄膜，從而抑制電極注入電荷量並且減少表面電荷能級；趙文博、郝春成等使用濺射鍍膜法在純銅片上濺射金屬Mo，發現注入XLPE內的空間電荷量減少，濺射電壓為440V時，XLPE內部幾乎沒有空間電荷積聚，鍍Mo後，隨著濺射電壓的升高，被陷阱捕獲的空間電荷量逐漸減小。邵濤、王瑞雪等利用介質阻擋放電（Dielectric Barrier Discharge, DBD）等離子體對絕緣材料表面進行氟化處理和類SiO2薄膜沉積，可提高沿面閃絡電壓；採用彌散放電處理銅金屬表面後再沉積TiO2薄膜，能夠抑制微放電。因此，利用低溫等離子體對電極材料進行表面改性有待進一步深入研究，進而探究電極向液體電介質空間電荷注入行為，以及其對提高液體絕緣性能的影響機制。
Kerr電光效應是通過光學手段獲取液體在外加電場下形成雙折射的光波相位差信息，以獲取液體中電場及空間電荷的分布特性，具有測量精度高、響應速度快、能有效避免電磁幹擾等優點。TiO2是一種過渡金屬氧化物，TiO2膜具有高折射率、優良的電學特性、高化學穩定性，也是一種寬禁帶無機半導體材料，具有較高的功函數，適合作為本文研究抑制電荷注入的介質薄膜。磁控濺射TiO2所用的設備簡單，易於控制且重複性相當好，又能在低溫下製備結晶良好的薄膜，在材料改性中的應用相當廣泛。
本文選用無色無味、Kerr係數大的碳酸丙烯酯作為液體電介質，分別對銅、鋁、不鏽鋼三種電極材料進行低溫等離子體表面改性，採用真空磁控濺射鍍膜法對三種電極材料濺射TiO2膜，實驗測量電極改性前後液體的擊穿強度，並利用Kerr效應法測量改性前後液體的電場和注入空間電荷的分布，根據測量結果對低溫等離子體對電極表面改性抑制電荷注入的影響機理進行了分析，為提高液體電介質絕緣性能提供新思路。
總結
本文採用了濺射鍍膜法對鋁、銅和不鏽鋼三種電極材料濺射TiO2膜進行表面改性，對電極表面改性前後在碳酸丙烯酯液體中進行了衝擊擊穿實驗和空間電荷測量實驗，並且用SEM測試了電極改性前後的表面形貌。
實驗結果表明：銅、鋁和不鏽鋼三種電極在表面改性後，液體的擊穿電壓都有所提升，其中鋁電極下液體的擊穿電壓提高了6.7%，銅電極下提高了4.1%，不鏽鋼電極下提高了9.0%；同時，在表面改性後，鋁和不鏽鋼電極的電場畸變程度有所下降，空間電荷量在極板的分布有不同程度下降，空間電荷的注入受到抑制，對於不鏽鋼電極陰極的電荷量增加，由單極正電荷注入變成了雙極電荷注入。
這歸功於以下原因：電極表面濺射TiO2膜增加了表面屏蔽層，削弱了陰極的電場畸變，導致空間電荷量的降低；其次，濺射過程中產生的電子撞擊電極改變了電極表面的微觀結構，導致不鏽鋼功函數有所降低，形成了雙極電荷注入，因此不鏽鋼的擊穿電壓得到提升。
本文利用低溫等離子體對電極表面進行改性，對電極向液體電介質注入的空間電荷產生了影響，從而提高液體的擊穿性能，推廣了等離子體改性技術的應用領域，也為提高液體絕緣性能提供了新思路。