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《重庆大学》 2012年
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伽马射线和紫外线老化条件下聚乙烯的空间电荷特性和陷阱特征

周天春  
【摘要】:低密度聚乙烯(LDPE)由于其卓越的电气、化学和机械性能作为绝缘材料广泛用于直流高压电力电缆输电设备和宇宙航天以及核工业等环境下电气电子设备中,但在高场强、太空宇宙及核工业环境的大量放射线以及强紫外线等因子长期作用下,聚乙烯材料内部会发生物理或化学变化(老化)而导致绝缘性能会下降。近年来,随着空间电荷测试技术的进步,电荷入陷和脱陷现象引起广泛关注。研究表明空间电荷现象可能与材料中发生的老化紧密联系。为此,揭示空间电荷入陷和脱陷与材料老化发生的微观化学变化之间的关联是深入理解各种条件下聚合物材料老化机理的关键。然而,聚乙烯中电荷的入陷和脱陷是与材料微观结构相关的复杂话题,在微观形态与陷阱参数关系建立之前需要进一步研究。因此,研究伽马射线和紫外线辐照条件下聚乙烯材料的空间电荷特性及陷阱特征对理解材料老化的微观结构变化和宏观电性能的关联具有重要学术价值和应用前景。 本文在一种改进的电声脉冲法测量空间电荷基础上,提出一种多能级陷阱模型及陷阱参数计算方法,开展了伽马射线和紫外线辐照LDPE材料的加速老化试验并测量其空间电荷特性,并利用这种多能级陷阱模型提取了材料的陷阱参数,同时结合辅以红外光谱分析,击穿场强测试和介电谱测试手段,分析材料微观化学变化和陷阱参数的关联关系。本论文取得的主要研究成果有: ①改进了一种PEA法的交流空间电荷测试系统。利用具有长存储深度的数字示波器的顺序采集模式同时采集空间电荷信号和高压交流信号,并通过交流信号过零点位置的识别获取不同相位的空间电荷信号。改进系统提高了信号相位的分辨率,缩短了测量时间,减小了测试误差。提出的改进PEA测试系统可扩展到更高频及任意波形的外加电压下的空间电荷测试。 ②提出了一种多能级陷阱分布条件下的空间电荷陷阱模型并据此计算得到陷阱参数,分析得到了直流电老化下LDPE材料的陷阱特征。多能级陷阱模型准确反应了电荷入陷和脱陷过程,结合PEA法对空气环境下直流电老化空间电荷数据和陷阱参数计算结果表明:直流电老化产生了更深能级的陷阱,其陷阱能级范围为0.8~1.1eV,陷阱电荷密度峰对应的陷阱能级随老化时间增加而增大。 ③研究了LDPE材料在伽马射线和紫外线老化下的空间电荷特性。结果表明LDPE在空气环境下的伽马射线辐照和紫外线老化都产生了异号空间电荷,并且电荷积聚和衰减过程减慢;老化增加了材料的浅能级陷阱从而增强了电荷注入和电荷积聚总量,并且电荷积聚总量随着老化时间增加而增大。 ④综合分析伽马射线和紫外线老化LDPE材料的空间电荷陷阱参数,提出了由陷阱能级和陷阱电荷密度围成的曲线族变化作为表征材料老化的特征。曲线的面积(总的陷阱电荷密度)越大老化程度越高;曲线族的沿坐标轴方向的移动(陷阱电荷密度峰值的移动)则区分了不同老化条件下材料的陷阱分布:空气环境下伽马射线和紫外线老化产生的陷阱电荷密度主峰值均随着老化程度增大而增大,但峰值对应的能级大小会因老化条件不同而有差异。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM215

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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