高压直流气体绝缘装备（主要包括直流GIS和GIL）是实现海上风电远距离可靠经济传输、西南大型水电有效送出的重要支撑，然而装备内部电场分布不确定性大，绝缘设计十分困难。非线性电导填料添加对于调控固体绝缘件表面电场效果显著，具备良好的应用潜力，但由于非线性电导效应需要在功能填料添加量超过逾渗阈值后才能稳定，导致工艺性和长期稳定性变差。近年来，电场诱导自组装技术在制备低填料添加量的非线性电导材料方面展现出突出能力，但对于填料和基体（如SiC和环氧树脂）的相对介电常数差异较小的体系效果并不显著。
近日，国际知名学术期刊 Applied Physics Letters（《应用物理快报》）发表了电网环境保护全国重点实验室唐炬/潘成等人在直流气体绝缘装备固体绝缘材料制备方面的最新研究成果，论文题为“Plasma modification promotes self-alignment of SiC particles for enhanced nonlinear conductivity of epoxy composites”（等离子体改性促进SiC颗粒自组装以增强环氧复合材料的非线性电导特性）。
图1 基于DBD改性的SiC环氧基自组装非线性电导材料制备流程
该研究针对SiC微粒在环氧树脂溶液中难以实现高效取向的问题，创新性地提出了介质阻挡放电（DBD）等离子体改性与原位电场辅助联合的材料制备方法。实验结果表明，改性后仅需200 V/mm的辅助电场就可在质量分数5 wt%的浓度下完成高效自组装，固化后得到非线性电导特性稳定呈现的环氧复合材料，改性后环氧复合材料的直流局部放电重复率相比改性前减少了72%。
图2 材料性能表征结果：（a）直流电导率，（b）不同诱导电场下微粒成链过程的光学观测，（c）不同改性条件下的直流局部放电测量结果
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博士后潘子君与博士研究生毛诗壹为论文共同第一作者，潘成副教授为通讯作者。该项工作依托电网环境保护全国重点实验室，并获得了国家自然科学基金和中国博士后科学基金的资助。该成果为直流气体绝缘装备环氧基非线性电导材料的制备开辟了一条新途径。
论文链接：//doi.org/10.1063/5.0315880
（撰稿人：潘子君、毛诗壹 审稿：曾福平 责编：华小梅）
