實(shí)驗(yàn)名稱：聚醚酰亞胺薄膜電滯回線和擊穿場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試

　　研究方向：為了應(yīng)對(duì)全球能源短缺、氣候變化及大氣污染等問(wèn)題，太陽(yáng)能、風(fēng)能和熱能等新能源發(fā)電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。但由于新能源發(fā)電具有間歇性、不穩(wěn)定性等問(wèn)題，難以直接接入大電網(wǎng)，因而亟需大型的電能轉(zhuǎn)換和電能存儲(chǔ)裝置。另外，脈沖功率技術(shù)、電磁彈射技術(shù)、高壓柔性直流輸電技術(shù)、電動(dòng)汽車技術(shù)等在發(fā)展中均對(duì)高功率密度電能存儲(chǔ)裝置提出了急迫需求。

　　聚合物基介電電容器作為一種高功率密度的儲(chǔ)能器件，在新能源、脈沖功率、電力電子和高壓直流輸電等行業(yè)都具有廣泛的應(yīng)用。目前商用的聚合物電容器薄膜由于其介電常數(shù)較小，儲(chǔ)能密度偏低，往往使得其在設(shè)備中占據(jù)較大的體積。另一方面，隨著電氣絕緣技術(shù)向著高溫方向發(fā)展，對(duì)于介電薄膜電容器的工作溫度要求也越來(lái)越高。因此研究可應(yīng)用于高溫環(huán)境的高儲(chǔ)能密度薄膜電介質(zhì)對(duì)實(shí)現(xiàn)脈沖功率及電力電子設(shè)備用儲(chǔ)能電容器的小型化、輕量化和集成化有著重要的科學(xué)研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。電容器通常由電介質(zhì)材料和兩個(gè)導(dǎo)體電極組成，呈平行板形式，如圖1.4所示。電能存儲(chǔ)是電容器的基礎(chǔ)功能，電容器的能量存儲(chǔ)能力（即電容）僅由導(dǎo)體的物理尺寸（幾何形狀）和電介質(zhì)的介電常數(shù)決定，與導(dǎo)體之間的電位差和導(dǎo)體上的總電荷無(wú)關(guān)。為了彌補(bǔ)聚合物電介質(zhì)介電常數(shù)不夠高的缺點(diǎn)，近幾十年來(lái)不同種類的納米填料被引入聚合物中制備聚合物基納米復(fù)合材料，因此，研究可應(yīng)用于高溫環(huán)境的高儲(chǔ)能密度薄膜電介質(zhì)對(duì)實(shí)現(xiàn)脈沖功率及電力電子設(shè)備用儲(chǔ)能電容器的小型化、輕量化和集成化有著重要的科學(xué)研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>電滯回線測(cè)試和不同納米填料的PEI基復(fù)合儲(chǔ)能電介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)擊穿場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試為后續(xù)實(shí)驗(yàn)做論證和鋪墊。

　　測(cè)試設(shè)備：ATA-7100高壓放大器、信號(hào)發(fā)生器、示波器

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程：首先由函數(shù)發(fā)生器激發(fā)頻率為10Hz的單極性三角波信號(hào)，信號(hào)經(jīng)由ATA-7100高壓放大器放大施加在樣品兩端，可通過(guò)放大器增益旋鈕控制輸出電壓，同時(shí)利用示波器觀察輸出電壓大小。該放大器不僅可以輸出交流信號(hào)，也可輸出直流信號(hào),最大輸出交流信號(hào)20kVpp，最大輸出直流電壓10kV，也可以用于擊穿場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試。其測(cè)試原理圖如圖1-1

圖1-1：擊穿場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試、電滯回線測(cè)試實(shí)驗(yàn)框圖

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：不同納米填料的PEI基納米復(fù)合電介質(zhì)的直流擊穿場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試分析結(jié)果如圖1-2所示，不同納米填料的PEI基納米復(fù)合電介質(zhì)的Eb和β值。隨著納米填料含量的增加，不同納米填料的PEI基納米復(fù)合電介質(zhì)的Eb均呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律。當(dāng)填料含量為3vol%時(shí)，PEI/SiO2和PEI/ZrO2納米復(fù)合電介質(zhì)的Eb達(dá)到最大值，分別為595MV/m和610MV/m。PEI/TiO2納米復(fù)合電介質(zhì)的Eb在填料含量為1vol%時(shí)達(dá)到最大值，為524MV/m。此外，與純PEI的β值（8.24）相比，不同納米填料的PEI基納米復(fù)合電介質(zhì)的β值也有所增加，當(dāng)填料含量為3vol%時(shí)，PEI/SiO2、PEI/ZrO2和PEI/TiO2納米復(fù)合電介質(zhì)的β值分別為8.98，12.66和8.57。值得注意的是，不同填料含量的PEI/ZrO2納米復(fù)合電介質(zhì)的β值均在10以上，高β值反映了其高的擊穿穩(wěn)定性。

圖1-2：不同填料含量的PEI基復(fù)合電介質(zhì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)的雙參數(shù)威布爾分布圖

　　產(chǎn)品推薦：ATA-7100高壓放大器

圖：ATA-7100高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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