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纳米氧化铝是一种非常特殊的材料，其和橡胶、塑料等具有良好的相容性，在航天、国防、化工、微电子等领域都有着重要应用。
通过分析不同的纳米氧化铝制备方法，为纳米氧化铝应用奠定根底，加强纳米氧化铝改性工艺研究，推动纳米氧化铝更加广泛的应用。
1 纳米氧化铝的制备方法〔1〕固相制备法？纳米氧化铝的固相制备法是指铝盐或者金属铝加热分解或者直接研磨以后，进行煅烧，对其进行固相，最终得到氧化铝。
在实际应用中，固相法还可以分为非晶晶化法、热解法和燃烧法，非晶晶化法是指非晶态化合铝进行退火处理，合理控制反响条件，最终得到氧化铝纳米晶体[1].热解法是对铝盐进行热分解，然后研磨，最终得到纳米氧化铝粒子。
纳米氧化铝固相制备法，操作工艺简单、本钱低，但是纳米氧化铝颗粒粒径较大，容易发生氧化变形。
〔2〕气相制备法？纳米氧化铝的气相制备法主要是通过电弧加热、电子束加热、激光蒸发、等离子体等物质或者利用气体将铝盐或者氧化铝转换为气体，使气体发生化学或者物理反响，然后进行冷却凝聚成为纳米氧化铝细微粉体。
气相制备法又分为气相水解法和蒸发冷凝法，气相水解法是指在氧、氢火焰中铝盐进行高温水解，然后离析出纳米氧化铝超微粒子。
蒸发冷凝法是指对氧化铝加热使其发生气化，在惰性气体中进行冷却凝结，最终得到纳米氧化铝超微粒子。
气相制备法的纳米氧化铝产物非常精细，反响条件也很容易管理和控制，通过控制不同的反响气体可以得到不团聚或者少团聚的纳米氧化铝超细粉末，颗粒的分布窄、粒径小、分散性较好。
但是纳米氧化铝制备法需要多种精密设备和仪器，本钱相对较高，并且产率较低，无法满足大量生产要求。
〔3〕液相制备法？纳米氧化铝液相制备法是指按照不同材料的组成情况，调制溶液，采用可溶性铝盐，使各种元素呈现离子态，通过水解、升华、蒸发等工艺，使用适宜沉淀剂，使氧化铝金属离子沉淀出去，将结晶物脱水最终得到纳米氧化铝超微粉体。
①沉淀法。
沉淀法是指通过添加适宜的沉淀剂，使铝离子从原料液中形成沉淀物，经过加热分解、枯燥、洗涤、过滤等工艺，得到纳米氧化铝颗粒。
第36卷第11期高分子材料科学与工程V o l .36,N o .112020年11月P O L YM E R MA T E R I A L SS C I E N C E A N DE N G I N E E R I N GN o v .2020纳米S i O 2/A l 2O 3复合改性对环氧树脂绝缘性能的影响程 显1,2,李文博1,2,陈 硕1,2,杨 征1,2,韩书谟3,葛国伟1,2(1.郑州大学电气工程学院,河南郑州450001;2.河南省输配电装备与电气绝缘工程技术研究中心,河南郑州450001;3.平高集团有限公司,河南平顶山467000)摘要:以双酚A 型环氧树脂E 51为基体,纳米S i O 2/A l 2O 3为辅助填料,采用低温等离子体协同偶联剂对纳米填料进行接枝处理,控制低温等离子体处理时间,制备出纳米S i O 2/A l 2O 3/E 51三元复合绝缘材料,研究纳米填料对环氧树脂复合材料介电性能㊁闪络电压㊁热分解温度及击穿强度等的影响㊂结果表明,纳米S i O 2填充量为3%,纳米A l 2O 3填充量为1.5%,并且采用偶联剂协同低温等离子体的处理时间为30s 时,复合试样各项电气性能均得到显著提升㊂初始分解温度较未改性时提高22ħ;闪络电压较未改性时提高20.9%;击穿强度较未改性时提高23.1%㊂这一结果为提高环氧树脂电气性能提供了新的研究思路㊂关键词:环氧树脂;纳米S i O 2;纳米A l 2O 3;低温等离子体;闪络电压中图分类号:T Q 323.5 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2020)11-0086-07d o i :10.16865/j.c n k i .1000-7555.2020.0275收稿日期:2019-10-10基金项目:国家自然科学基金资助项目(51977195;51777025);中国博士后科学基金项目(2017M 622370)通讯联系人:葛国伟,主要从事开关设备与绝缘技术研究,E -m a i l :g gw@z z u .e d u .c n 环氧树脂作为一种绝缘强度高㊁力学性能好,并且绿色环保的绝缘材料在电力系统中得到广泛应用[1~3]㊂从低压到高压的配电网及交直流的超高压输电网都采用了以环氧树脂为主绝缘材料的绝缘体系㊂环氧树脂在电力设备中的应用能够大幅提高绝缘质量,延长设备使用寿命㊂但是环氧树脂在高负荷长时间使用条件下会出现绝缘劣化问题,对电气设备的安全可靠运行带来严重威胁㊂常规的改性方法是在环氧树脂基体中掺杂一定量的微米级无机非金属材料来达到提升复合材料电气性能㊁力学性能及耐热性能的目的[4],但是提升效果较为有限,难以满足我国对超高压大电流输电的应用需求㊂因此需要研究新型改性方式来大幅提升其绝缘性能㊂纳米粒子相较微米粒子,由于其粒径成倍减小,所以具有更高的比表面积,即使掺杂少量的纳米粒子也能带来比微米级填料更大的界面效应㊂当在环氧基体内掺杂适量的纳米粒子并均匀分散时,能明显改善复合材料的击穿强度,并维持良好的介电性能[5]㊂同时纳米粒子与环氧基体共混之前通过偶联剂表面接枝的方法可降低表面能,提高两者之间的相容性,减少团聚,进而增强复合材料电气性能㊂相较于传统的偶联剂处理,低温等离子体对材料表面进行改性能够在较短的时间内激发表面活性[6~8],产生大量的自由基,进而形成新的化学官能团,使材料表面吸附性与稳定性得到显著提高㊂国内外学者通过对环氧基体掺杂纳米粒子已经制备出了电气性能及耐热性能优异的复合绝缘材料㊂陈斌贝等[9]改善了纳米A l 2O 3颗粒的制备工艺,并且对环氧树脂(E P )掺杂不同含量的(0%~2%)纳米A l 2O 3,研究不同掺杂含量对热重分析(T G )㊁击穿强度等的影响,结果表明,掺杂含量为1%时,各项电气参数均达到最大值㊂李媛媛等[10]采用熔融共混法制备了不同掺杂含量的纳米S i O 2/E P 复合试样,测量不同试样中纳米颗粒的分散性,基于T G ㊁差示扫描量热分析(D S C )㊁红外测试等表征界面区理化性能,测量随温度变化不同试样的起树电压及击穿场强,实验表明,在高温及低温条件下,掺杂含量较低的环氧树脂复合试样均具有较高的起树电压,击穿场强也显著提高㊂杨越等[11]利用偶联剂与低温等离子体共同处理的方式制备出不同掺杂比例的E P /A l 2O 3复合试样,测量其局部放电量㊁击穿电压㊁拉伸强度等参数,结果表明,复合改性能有效改善了纳米粒子团聚现象,从而促进纳米粒子与环氧基体间的键合㊂N a o u s等[12]制备了E P/A l2O3复合试样,研究不同掺杂含量对复合材料形貌的影响,结果表明,掺杂少量纳米A l2O3能使复合材料断裂韧性及T G 得到显著提高㊂本文以双酚A型环氧树脂E51为基体,纳米S i O2/A l2O3作为辅助填料,采用偶联剂处理及偶联剂协同低温等离子体复合改性的方法对纳米粒子进行表面接枝处理,制备出多种纳米S i O2/A l2O3/E P 三元复合绝缘材料,采用红外光谱(F T-I R)㊁T G等测试对复合试样结构与性能进行微观表征㊂对比纳米粒子掺杂含量及接枝处理对复合材料介电常数(εr)㊁介质损耗角正切值(t a nδ)㊁击穿强度及耐热性能等的提升效果㊂研究结果证明了偶联剂协同低温等离子体对纳米填料进行处理的可行性,与环氧基体共混填充后使复合材料性能提升显著,这为环氧类电介质的纳米粒子填充改性提供了新的研究思路㊂1实验部分1.1试验材料双酚A环氧树脂:E51,广州亨斯迈;固化剂甲基四氢基邻苯二甲酸酐(H Y5824C I(C H))㊁硅烷偶联剂K H550:南京创世化工助剂有限公司;球状纳米S i O2(粒径40n m,纯度99.99%)㊁纳米γ-A l2O3(粒径20n m):南京明昌新材料科技有限公司;脱模剂G A-7500(异丙醇㊁甲基戊烷㊁正己烷):大金化学国际贸易有限公司㊂1.2试样制备1.2.1 S i O2偶联剂处理:将纳米S i O2,偶联剂K H-550和无水乙醇按照质量比4ʒ2ʒ98混合,40ħ(油浴加热)磁力搅拌30m i n,80ħ烘箱干燥备用㊂1.2.2偶联剂与低温等离子体协同改性纳米A l2O3:采用C T P-2000K型低温等离子体试验电源,将偶联剂接枝处理后的纳米氧化铝置于介质阻挡放电装置中,试验电压为8k V㊁频率为10k H z㊁电极间隙为2 mm㊂1.2.3复合材料试样制备:加入环氧树脂在60ħ磁力搅拌10m i n,去除环氧树脂内多余水分及气泡;加入固化剂及接枝处理后的纳米S i O2/A l2O3在40ħ下磁力搅拌30m i n;在40ħ超声分散30m i n,使纳米粒子在环氧基体内达到均匀分散;在60ħ真空抽气20m i n,除去搅拌过程中混入环氧基体内的空气,减小固化过程中产生气隙类缺陷的概率;模具80ħ预热并均匀喷涂脱模剂,按照80ħ2h-120ħ2h的固化曲线进行固化㊂试件编号如T a b.1所示;掺杂比例如T a b.2所示(以试件A为例),每种试样制备5个样本㊂T a b.1T e s t s p e c i m e nn u m b e rS p e c i m e nn u m b e r A l2O3g r a f t i n g m e t h o dA P u r eA l2O3B C o u p l i n g a g e n t g r a f t t r e a t m e n tC C o u p l i n g a g e n t a n d l o wt e m p e r a t u r e p l a s m a t r e a t m e n t f o r10sD C o u p l i n g a g e n t a n d l o wt e m p e r a t u r e p l a s m a t r e a t m e n t f o r20sE C o u p l i n g a g e n t a n d l o wt e m p e r a t u r e p l a s m a t r e a t m e n t f o r30sF C o u p l i n g a g e n t a n d l o wt e m p e r a t u r e p l a s m a t r e a t m e n t f o r50sT a b.2N a n o p a r t i c l e s d o p i n g c o n t e n t p h rS e r i a l n u m b e r A0.5A1A1.5E P100100100S i O2333A l2O30.511.51.3性能测试1.3.1击穿电压测试:试验电路(上海杨高电器有限公司)如F i g.1所示,参考标准G B/T1408.1-2016/ I E C规定㊂本实验采用2个金属同轴圆柱电极,直径为25mm,其边缘倒角成半径为3mm的圆弧,并将其置于变压器油内(防止电压过高导致材料表面发生沿面闪络)㊂1.3.2沿面闪络电压测试:试验电路(上海杨高电器有限公司)如F i g.2所示,电极结构同上,2个电极紧贴样品表面,电极间距为20mm㊂78第11期程显等:纳米S i O2/A l2O3复合改性对环氧树脂绝缘性能的影响F i g.1B r e a k d o w n v o l t a g e t e s t c i r c u i t1:t e s t c h a m b e r;2:h i g h v o l t a g e s i d e;3:e p o x y t e s t p i e c e;4:l o wv o l t-a g e s i d e;5:c u r r e n t s e n s o r;T:r e g u l a t o r;B:t r a n s f o r m e r;R0:p r o t e c-t i o n r e s i s t a n c e;R f:w a v e f r o n t r e s i s t a n c eF i g.2F l a s h o v e r t e s t c i r c u i tT Y:r e g u l a t o r;B:t r a n s f o r m e r;R0:p r o t e c t i o n r e s i s t a n c e;K Z:c o n t r o ld e v i c e;1:h i g hv o l t a g e s i d e;2:e p o x y t e s t p i e c e;3:l o wv o l t a g e s i d e1.3.3傅里叶变换红外光谱测试:采用美国公司生产的N i c o l e tI S10,常规最大测试波长范围400~ 4000c m-1㊂1.3.4电子显微镜微观表征:采用日本日立公司生产的S U8010,15k V分辨率可达1n m㊂1.3.5介电性能测试:采用上海杨高电器有限公司Q S87型高精密高压电容电桥测试试样εr,t a nδ㊂1.3.6热重分析:采用上海莱睿公司的T G A Q50型热重分析仪测试样品的热稳定性能㊂2结果与讨论2.1氧化铝接枝2.1.1红外光谱表征:F i g.3为A l2O3接枝前后的红外光谱㊂采用偶联剂后1640c m-1附近O-H的弯曲振动峰增强,在1460c m-1及1380c m-1附近新出现了烷基(-C H3,-C H2)的C-H伸缩振动峰,在2950c m-1及2870c m-1附近同时出现了N-H伸缩振动峰,以上结果表明,硅烷偶联剂已成功接枝到A l2O3分子表面;偶联剂协同低温等离子体接枝处理后在1040c m-1和1090c m-1附近出现了-O H的弯曲与伸缩振动双峰,1200c m-1附近出现了C-O的伸缩振动峰,可以判定经过低温等离子体再次处理后氧化铝表面形成了一定量的含氧类极性官能团㊂F i g.3I n f r a r e d s p e c t r a o f n a n o-a l u m i n a b e f o r e a n d a f t e r g r a f t i n g2.1.2S E M分析:F i g.4(a,b)所示分别为氧化铝未接枝处理与偶联剂协同低温等离子体处理30s后纳米氧化铝表面微观形貌变化的S E M分析㊂从图中可以看出,偶联剂协同低温等离子体接枝前纳米氧化铝分子间大量团簇,形成较大的微米尺寸团聚体,与环氧基体共混后难以均匀分散,影响复合试样整体性能㊂偶联剂协同低温等离子体接枝30s后氧化铝分子间的团聚显著减弱,颗粒大小均匀,与环氧基体共混填充后能在材料内部产生大量界面层,并形成较多分布密集的深陷阱,使电荷注入与电荷迁移需要克服更高的跳跃势垒,从而对环氧树脂复合材料的老化过程起到一定抑制作用㊂F i g.5(a,b)所示分别为氧化铝未接枝处理与偶联剂协同低温等离子体处理30s后与环氧共混掺杂后试样电镜扫描图片(氧化铝掺杂含量均为1.5%)㊂从图中可以明显看出,纳米氧化铝未做任何处理直接进行掺杂时会在环氧基体内大量团聚,并在固化过程中发生沉降,导致固化后复合材料内部产量大量气隙类缺陷,使复合材料整体性能大幅降低;在经过偶联剂接枝并协同低温等离子体处理30s后,纳米氧化铝分子表面上接枝了新的官能团,增加了纳米粒子的空间位阻,使团聚更加困难,并且在固化过程中新的官能团会与环氧分子发生反应,结合形成新的化学键,使环氧基体内大分子链紧紧缠绕在纳米粒子周围,进而使固化过程中更加不易发生沉降,因此,纳米粒子在环氧基体内的分散性得到大幅提高㊂88高分子材料科学与工程2020年F i g .4 S E Mi m a g e s o f n a n o -a l u m i n a (a )b e f o r e a n d (b )a f t e r l o wt e m p e r a t u r e p l a s m a g r a f t i n g w i t h c o u p l i n g a ge n t F i g .5 E l e c t r o nm i c r o s c o p y e p o x y b l e n d e dw i t hn a n o -a l u m i n a (a )b ef o r e a n d (b )a f t e r l o wt e m p e r a t u r e p l a s m ag r a f t i n g w i th c o u p li n g a ge nt F i g .6 εr o fC o m p o s i t e s a m pl e s b e f o r e a n d a f t e r t h em o d i f i c a t i o n o f A l 2O 32.2 三元复合材料的电气性能2.2.1 介电性能:F i g .6所示为氧化铝掺杂含量及接枝处理对复合试样εr 的影响㊂相同掺杂含量下,随着低温等离子体处理时间的延长,介电常数均呈现先降低后升高趋势;这是因为氧化铝直接掺杂时,由于其自身具有较高的表面能,极易发生团簇,导致界面层发生交叠,相距较近的界面层之间形成导电通路,因此具有较高的介电常数;经低温等离子处理后,氧化铝分子表面成功接枝上了一定量的-O H 类含氧基团,并与环氧树脂分子中的官能团相互作用,在纳米氧化铝颗粒表面产生氢键,并作为环氧分子与氧化铝颗粒间的物理交联点,从而改善了整个体系的相容性,降低了环氧树脂复合材料的介电常数;在低温等离子体处理时间达到50s 时,氧化铝表面发生明显刻蚀,表面发生碳化,掺杂后会在环氧基体内形成放电通道,因此复合材料εr 随着纳米粒子填充量的增大迅速升高㊂F i g.7所示为氧化铝含量及接枝处理对复合试样t a n δ的影响㊂相同掺杂含量下,随着低温等离子体处理时间的延长,介损值均呈现先降低后升高趋势;这是因为氧化铝直接掺杂时在环氧基体中较难均匀分散,固化后会产生明显团聚,并在环氧基体中产生大量气隙,因此具有较高的介损值;低温等离子体接枝处理后,在保证纳米S i O 2/A l 2O 3在环氧基体中分散性的前提下,增加纳米粒子填充质量分数,纳米颗粒与环氧基体的界面交互区域也随之增加,并且由于A l 2O 3分子尺寸小于S i O 2,两者共混填充能有效改善树脂固化时留下的一些缺陷,并在环氧基体内形成复杂的三位网络结构,使分子链在受热重排时受到更大阻碍,从而降低了环氧体系的介电损耗;在低温等离子体处理时间达到50s 时,氧化铝表面发生严重刻蚀,接枝在氧化铝表面的有机硅烷也发生碳化,掺杂后在环氧基体内大量团聚并产生放电通道,降低了材料电阻率,因此随着掺杂含量的增加复合材料介损98 第11期程 显等:纳米S i O 2/A l 2O 3复合改性对环氧树脂绝缘性能的影响值又迅速上升㊂F i g .7 T a n δo f c o m p o s i t e s a m pl e s b e f o r e a n d a f t e r t h em o d i f i c a t i o n o fA l 2O 32.2.2 闪络电压:F i g.8所示为氧化铝改性处理前后的沿面闪络电压㊂闪络电压与介电常数变化趋势呈负相关㊂由于填充的纳米粒子是无机非金属颗粒,耐局放腐蚀,并且电树枝通道不易穿过试样中的纳米颗粒,因此,在低温等离子体处理时间为0~30s 时,纳米二氧化硅与氧化铝都能在环氧基体中均匀分布,并且随着氧化铝填充含量的增加,纳米颗粒间界面交互区域增加,降低了材料表面电导率,加速了电极间材料表面电荷的迁移与消散,使材料表面不易形成电荷积聚,进而使沿面闪络电压得到显著提升;在低温等离子体处理时间达到50s 时,纳米粒子表面产生严重刻蚀与碳化,掺杂后大幅降低环氧树脂复合材料电阻率,极易引起表面放电,因此掺杂量越大,对闪络电压的影响越显著㊂F i g .8 F l a s h o v e r v o l t a g eo f c o m p o s i t e s a m pl e sb e f o r e a n da f t e r t h e m o d i f i c a t i o no fA l 2O 32.2.3 耐热性能:F i g .9所示为A l 2O 3改性前后,且S i O 2掺杂含量为3%,A l 2O 3掺杂含量为1.5%时复合试样起始分解温度变化趋势㊂标准规定失重率为95%时,对应温度作为聚合物的起始分解温度㊂在氧化铝未接枝处理时,纳米粒子在环氧基体中会产生局部团簇,并在基体中相互分离,使填料间产生间隙,降低热传输效率,因此热分解温度较低;偶联剂协同低温等离子体处理后,显著提高了纳米粒子在环氧基体中的分散性,由于填充的氧化铝粒径小于二氧化硅,因此认为氧化铝能够 桥接 相邻的二氧化硅填料,形成更加有效的热传导网络,减少在环氧基体内的热量聚集,进而使复合材料热分解温度得到显著提高,其基体内热传导机制如F i g .10所示㊂在低温等离子处理时间为30s 时,热分解温度最高,达到371ħ,继续延长处理时间后氧化铝表面开始产生明显刻蚀㊁碳化,掺杂后在环氧基体内大量团簇,填料间热接触电阻增大,导致材料内局部温度过高而最先开始分解,因此复合材料热分解温度反而有所降低㊂F i g .9 I n i t i a ld e c o m p o s i t i o nt e m p e r a t u r eo fc o m p o s i t es a m pl e s b e f o r e a n d a f t e r t h em o d i f i c a t i o no fA l 2O3F i g .10 M i c r o -d i s t r i b u t i o nm a p o f e p o x y re s i nh e a t t r a n sf e r 2.2.4 击穿电压:参考标准G B /T 23756.2-2010,采用双参数w e i b u l l 分布对击穿数据进行处理㊂双参数W e i b u l l 分布表达式为9高分子材料科学与工程2020年F (x )=1-e x p -x x 0æèçöø÷βéëêêùûúú(1)式中:F (x ) 击穿的概率;x击穿电压;x 0 击穿概率为63.2%时的击穿电压;β 形状参数,β值可反应实验数据的分散性;每个x 与F 的特征值计算公式如式(2)F (i )=i -0.3n +0.4(2)式中:F (i ) x 值按顺序排列后第i 次发生击穿的概率;n 样本总数(n =5)㊂F i g .11为纳米S i O 2/A l 2O 3/E P 复合材料单次雷电冲击击穿电压W e i b u l l 分布㊂复合试样单次雷电冲击击穿电压随低温等离子体处理时间的延长呈先升高后降低趋势,并在掺杂3%S i O 2,1.5%A l 2O 3,低温等离子体处理时间为30s 时,雷电冲击单次击穿电压达到最大值78.8k V ,相较未改姓时提高了23.1%㊂这是因为纳米粒子表面通过偶联剂协同低温等离子体处理后接枝了新的官能团,增加了粒子间的空间位阻,减小了纳米粒子相互聚集的可能性,并且采用2种不同尺寸的纳米填料填充环氧基体时,将形成多尺度㊁更复杂的三维网状结构,严重阻碍电树枝通道的发展,使击穿电压大幅提高㊂继续延长低温等离子体处理时间后,随着掺杂量的增加击穿电压反而降低,这可能是因为纳米氧化铝表面接枝的有机硅烷产生严重碳化,与环氧基体共混时大量团聚,并且发生碳化的纳米粒子界面层之间形成导电通路,在外加高压电场作用下,环氧基体内产生不均匀电场,材料热损与磁损增加,导致复合材料击穿电压下降㊂F i g .11 W e i b u l l d i s t r i b u t i o n o f s i n g l e l i g h t n i n g i m p u l s e b r e a k d o w nv o l t a ge T a b .3 S i n g l el i g h t n i n g i m p u l s e W e i b u l lb r e a k d o w nv o l t a ge (X 0)of n a n o -S i O 2/A l 2O 3/E Pc o m po s i t em a t e r i a l s S p e c i m e n n u m b e r X 0/k VS p e c i m e n n u m b e r X 0/k VS p e c i m e n n u m b e r X 0/k VA 0.560.4A 160.5A 1.564.0B 0.569.9B 173.5B 1.574.7C 0.574.0C 174.8C 1.575.7D 0.575.4D 176.4D 1.577.1E 0.576.6E 177.6E 1.578.8F 0.563.6F 161.2F 1.558.23 结论(1)偶联剂协同低温等离子体复合改性使纳米粒子表面更加粗糙,并且新接枝的官能团在固化过程中会与环氧基体相互结合,形成物理交联点,使两者缠绕更加紧密,有效改善了纳米粒子在环氧基体内的分散性,显著降低了复合材料的介电㊁介损值㊂(2)在掺杂3%S i O 2,1.5%A l 2O 3,低温等离子体处理时间为30s 时改性效果最佳,沿面闪络电压较未改姓时提升20.9%,单次雷电冲击击穿电压较未改性提高23.1%,初始分解温度较未改性提高22ħ㊂(3)复合试样介电常数与闪络电压整体上呈负相关关系,表明作为高压绝缘材料介电常数要小,从而减小空间电荷的相互作用,加快电荷消散速度㊂(4)复合试样介质损耗角正切值与单次雷电冲击击穿电压整体上呈负相关关系,表明在外电场作用下,介质损耗越小则复合绝缘材料由于发热而损耗的能量就越小,发生热击穿的概率就越小㊂参考文献:[1] K o n g F ,Z h a n g S,L i nH ,e t a l .E f f e c t s o f n a n o s e c o n d p u l s e v o l t a g e p a r a m e t e r s o n c h a r a c t e r i s t i c s o f s u r f a c e c h a r g e f o r e p o x yr e s i n [J ].I E E E T r a n s a c t i o n s o n D i e l e c t r i c s a n d E l e c t r i c a lI n s u l a t i o n ,2018,25:2058-2066.[2] D e n g P ,S h iY ,L i uY ,e t a l .S o l i d i f y i n gpr o c e s s a n d f l a m e r e t a r d a n c y o f e p o x y r e s i nc u r e d w i t hb o r o n -c o n t a i n i n gph e n o l i c r e s i n [J ].A p pl i e dS u r f a c eS c i e n c e ,2018,427:894-904.[3] H u a n g T ,Z h a n g G ,G a oY .An o v e l s i l v e rn a n o p a r t i c l e -d e po s i t e d a l u m i n u mo x i d e h y b r i d s f o r e p o x y c o m po s i t e s w i t h e n h a n c e d t h e r m a l 19 第11期程 显等:纳米S i O 2/A l 2O 3复合改性对环氧树脂绝缘性能的影响c o nd u c t i v i t y a n de n e r g y d e n s i t y[J].C o m p o s i t e I n t e rf a c e s,2019,26:1001-1011.[4] K o r d a n iN,A l i z a d e h M,L o h r a s b y F,e t a l.M e c h a n i c a l p r o p e r t i e so f c o m p o s i t e s m a d e o f h y b r i d f a b r i c i m p r e g n a t e d w i t h s i l i c a n a n o p a r t i c l e s a n d e p o x y r e s i n[J].M o d e r nP h y s i c sL e t t e r sB,2017, 31:1750235.[5] P o lM H,L i a g h a tG H.S t u d i e s o n t h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o fc o m p o s i t e s r e i n f o r c ed w i t h n a n o p a r t i c le s[J].P o l y m e rC o m p o s i t e s,2017,38:205-212.[6] Q i n g X,X i o n g L,C h e n g Z,e ta l.A g i n g c h a r a c t e r i s t i c so ne p o x y r e s i n s u rf a c e u n d e r r e p e t i t i v em i c r o s e c o n d p u l s e s i n a i r a ta t m o s p h e r i c p r e s s u r e[J].P l a s m a S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2016,18:325.[7] C h e nS,W a n g S,W a n g Y,e t a l.S u r f a c em o d i f i c a t i o no f e p o x yr e s i n u s i n g H e/C F4a t m o s p h e r i c p r e s s u r e p l a s m a j e t f o rf l a s h o v e r w i t h s t a n d i ng ch a r a c t e ri s t i c si m p r o v e m e n t i nv a c u u m[J].A p p l i e dS u r f a c eS c i e n c e,2017,414:107-113. [8] A l a m A,W a nC,M c N a l l y T.S u r f a c e a m i n a t i o no f c a r b o nn a n o p a r t i c l e s f o rm o d i f i c a t i o n o f e p o x y r e s i n s:p l a s m a-t r e a t m e n t v s.w e t-c h e m i s t r y a p p r o a c h[J].E u r o p e a n P o l y m e rJ o u r n a l, 2017,87:422-448.[9]陈斌贝.氧化铝/环氧树脂复合绝缘材料制备与应用性能研究[D].北京:中国科学院大学中国科学院过程工程研究所,2017.C h e nY.S t u d y o nt h e p r e p a r a t i o na n da p p l i c a t i o n p r o p e r t i e so fa l u m i n a/e p o x y c o m p o s i t e i n s u l a t i o n[D].B e i j i n g:U n i v e r s i t y o fC h i n e s eA c a d e m y o f S c i e n c e s,I n s t i t u t e o f P r o c e s sE n g i n e e r i n g,C h i n e s eA c a d e m y o f S c i e n c e s,2017.[10]李媛媛.基于纳米复合的高压电机用环氧云母绝缘的电性能研究[D].太原:太原理工大学,2018.L i Y Y.R e s e a r c h o n e l e c t r i c a l p r o p e r t i e s o f e p o x y m i c ai n s u l a t i o n f o r h i g hv o l t a g em o t o r b a s e do nn a n o c o m p o s i t e[D].T a i y u a n:T a i y u a nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,2018. [11]杨越.等离子体改性微米氧化铝掺杂树脂的绝缘及力学性能研究[D].西安:西安理工大学,2017.Y a n g Y.R e s e a r c ho ni n s u l a t i o na n d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fp l a s m a m o d i f i e d m i c r o n a l u m i n a r e s i n[D].X i'a n:X i'a nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,2017.[12] N a o u s W,Y uX Y,Z h a n g Q X,e ta l.M o r p h o l o g y,t e n s i l ep r o p e r t i e s,a n d f r a c t u r e t o u g h n e s s o f e p o x y/A l2O3n a n o c o m p o s i t e s[J].J o u r n a l o f P o l y m e r S c i e n c e P a r t B:P o l y m e rP h y s i c s,2006,44:1466-1473.E f f e c t o fN a n o-S i O2/A l2O3o n t h e I n s u l a t i o nP r o p e r t i e s o fE p o x y R e s i nX i a nC h e n g1,2,W e n b oL i1,2,S h u oC h e n1,2,Z h e n g Y a n g1,2,S h u m oH a n3,G u o w e iG e1,2(1.S c h o o l o f E l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g,Z h e n g z h o uU n i v e r s i t y,Z h e n g z h o u450001,C h i n a;2.H e n a nE n g i n e e r i n g R e s e a r c hC e n t e r o f P o w e rT r a n s m i s s i o n&D i s t r i b u t i o nE q u i p m e n t a n dE l e c t r i c a lI n s u l a t i o n,Z h e n g z h o u450001,C h i n a;3.P i n g g a oG r o u p C o.,L t d.,P i n g d i n g s h a n467000,C h i n a) A B S T R A C T:T h eb i s p h e n o lAe p o x y r e s i n(E51)w a su s e da sm a t r i x,a n d t h en a n o-S i O2/A l2O3w a su s e da s f i l l e r,w h i c hw a s g r a f t e dw i t h l o w-t e m p e r a t u r e p l a s m a s y n e r g i s t i c c o u p l i n g a g e n t,a n dn a n o-S i O2/A l2O3/E51 t e r n a r y c o m p o s i t e i n s u l a t i o n m a t e r i a l sw e r e p r e p a r e db y c o n t r o l l i n g t h e l o w-t e m p e r a t u r e p l a s m at r e a t m e n t t i m e.T h em i c r o s t r u c t u r e a n d p r o p e r t i e s o f t h em o d i f i e d s a m p l e sw e r em i c r o s c o p i c a l l y c h a r a c t e r i z e db y F T-I R a n dT G A.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e e l e c t r i c a l p r o p e r t i e s o f t h e c o m p o s i t e s a m p l e s a r e s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e d w h e n t h en a n o-S i O2l o a d i n g i s3%,t h en a n o-A l2O3l o a d i n g i s1.5%,a n d t h e c o u p l i n g a g e n t c o m b i n e dw i t h l o wt e m p e r a t u r e p l a s m at r e a t m e n t t i m e i s30s.C o m p a r e d w i t ht h eu n m o d i f i e d,t h e i n i t i a ld e c o m p o s i t i o n t e m p e r a t u r e,f l a s h o v e r v o l t a g e a n db r e a k d o w n s t r e n g t ha r e i n c r e a s e db y22ħ,20.9%,23.1%r e s p e c t i v e l y. T h i s r e s u l t p r o v i d e s an e wr e s e a r c h i d e a f o r i m p r o v i n g t h e e l e c t r i c a l p r o p e r t i e s o f e p o x y r e s i n.K e y w o r d s:e p o x y r e s i n;n a n o-S i O2;n a n o-A l2O3;p l a s m a t r e a t m e n t;f l a s h o v e r v o l t a g e29高分子材料科学与工程2020年。
1绝缘材料2010,43(1)纳米氧化铝改性聚酰亚胺薄膜的制备与研究何明鹏,刘俊,陈昊,李娟,范勇(哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,哈尔滨150040)摘要:用溶胶-凝胶法制得纳米氧化铝溶胶,将其掺入到聚酰胺酸基体中,采用原位生成法制备了一系列不同掺杂量的P I/Al 2O 3复合薄膜。
利用耐电晕测试装置、耐击穿测试装置、扫描电子显微镜(SEM )对薄膜进行了测试及表征。
结果表明:随着掺杂量的提高耐电晕时间增大,当掺杂量为30%(质量分数)时P I 薄膜的耐电晕时间为57.64h,是未掺杂的15倍以上。
随着掺杂量的提高杂化薄膜电气强度先增大后减小,但都比未掺杂的低。
纳米氧化铝粒子在PI 基体中分散较均匀。
关键词:聚酰亚胺;纳米氧化铝;电性能;杂化中图分类号:T M 215.3;T Q316.6文献标志码:A文章编号:1009-9239(2010)01-0001-03Pre p aration and Characterization of Pol y imide FilmModified b y Nano_Alumina SolHE Ming_peng,L IU Jun,CHEN Hao,LI Juan,FAN Yong (School of M ateri al Science &Engi neeri ng,H ar bi n Uni v ersi tyof Science a nd T echnology ,H ar bi n 150040,Chi na )Abstract :A nano _alumina sol was p r e p ared b y a sol_g el method and then was do p ed into a p o l y amic acid matrix.A se q uence o f Al 2O 3/PI com p osite films with different do p in g (mass p ercent)were ob -tained b y an in situ p ol y merization.The structur e and p ro p erties of the film wer e measured and character ized b y corona dischar g e measurin g device,br eakdown stren g th measurin g s y stem and SEM,respectively.The result shows that the corona_resistant lifespan increases when the doping amo unt r ises.The corona_resistant lifespan of po lyimide composite film is 57.64hour s,about 14times longer than that of pure PI film when the doping amount reaches 30%.The breakdown stren g th of the do p ed film increases first and then decreases with the rise of do p in g amount,but is lower than that of the undo p ed film.The nano alumina p articles ar e dis p er sed evenl y in the PI matr ix.Ke y words :po lyimide;nano _alumina;electrical property;hyb r id收稿日期:2009-09-21基金项目:国家自然科学基金资助项目(50373008),黑龙江省科技攻关项目(GC 04A 216)作者简介:何明鹏(1983-),男,黑龙江人,硕士生,研究方向为材料学高分子,(电子信箱)ligo ng038@ ;范勇(1953-),男,哈尔滨人,博士,教授,研究方向为新型绝缘材料。
纳米氧化铝的制备的开题报告题目：纳米氧化铝的制备及其应用研究一、选题意义及研究背景纳米氧化铝是一种应用广泛的纳米材料，具有较大的比表面积、优异的机械性能、高热稳定性和化学稳定性等优点，因此被广泛用于催化剂、涂料、生物医学与制药等多个领域。
当前，纳米氧化铝制备的技术多种多样，但是一些技术仍存在一定的问题和局限性，如工艺复杂、成本高昂、产品性能不稳定等。
本研究旨在研究纳米氧化铝的制备方法，以期获得更具有实用价值的纳米氧化铝材料。
二、主要研究内容1. 纳米氧化铝的制备方法研究：探究物理化学方法、化学方法、生物法等纳米氧化铝制备的方法，对比各种方法的优缺点及适用范围，寻找最为合适的制备方法。
2. 纳米氧化铝的物理化学性质研究：对纳米氧化铝的比表面积、晶体结构、粒径大小、形貌等进行表征分析，以评估纳米氧化铝性能，为进一步应用奠定基础。
3. 纳米氧化铝的应用研究：研究纳米氧化铝在高分子涂料、催化剂、医药与生物领域等方面的应用，探究其在其中的作用机理，并比较不同制备方法所得纳米氧化铝在应用中的差异。
三、研究方法本研究将采用物理化学方法、化学法、生物法来制备纳米氧化铝，并通过X射线粉末衍射仪（XRD）、电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）、比表面积测定仪、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）等手段对制备的纳米氧化铝进行表征和分析。
同时，还将探究其在催化剂、涂料、医药与生物领域的应用。
四、预期成果1. 针对不同制备方法的纳米氧化铝，比较其物理化学性质的差异。
2. 研究纳米氧化铝的应用领域，并探索其作用机理。
3. 获得一种新的纳米氧化铝材料，并在实际应用中发挥出其优异性能。
综上，本研究将对纳米氧化铝的制备方法、物理化学性质和应用领域进行全面的研究，对其在工业生产和科学研究等领域的推广和应用具有一定的参考和借鉴价值。
1．5纳米氧化铝的研究进展1．5．1氧化铝的性质氧化铝是化学键力很强的离子键化合物。
它有八种同质异形晶体：Q、B、Y、0、q、8、K、X-A1203，其中主要的也是在工业中得到重要应用的是Q．A1203、B．A1203 和Y．A1203---种晶型。
Y—A1203为低温稳定相，Q．A1203是熔点2050。
C以下唯一的在任何温度下都会稳定存在的相态，其它相态均为过渡相或不稳定相【74】。
Y．A1203属于立方晶系，尖晶石型结构，其中氧原子呈面心立方密堆积，铝原子不规则地排列在由氧原子围成的八面体和四面体孔穴中。
它的密度为3．30．3．639／cm3，只在低温下稳定，在高温下不稳定，它不溶于水，但溶于酸或碱。
y．A1203比表面很大，约为200．600m2／g，具有强的吸附能力和催化活性，广泛用于吸附剂、催化剂和催化剂载体[751OB．A1203是一种氧化铝含量很高的多铝酸盐，它的化学组成可近似地用RO．6A1203或R20．1 1A1203来表示(RO为碱土金属氧化物，R20为碱金属氧化物)，其结构由碱土金属或碱金属离子层尖晶石结构单元交替堆积而成，氧离子排列成立方密堆积结构，Na+ 完全包含在垂直于c轴的松散堆积平面内，在这个平面内可以很快扩散，呈现离子型导电，称钠离子导体。
因此，13．A1203是一类重要的固体电解质【75J。
Q．A1203属于三方晶系，刚玉型结构，该结构可以看成氧离子按六方紧密排列，即ABABAB一二层重复型，而铝离子有序的填充于2／3的八面体间隙中，使其化学式成为A1203。
Q．A1203熔点为2050。
C，密度为3．90-4．019／cm3，模氏硬度为9。
它的化学性质稳定，不溶于水，也不溶于酸或碱，耐腐蚀且电绝缘性好，广泛应用于高硬度研磨材料、陶瓷材料、耐火材料和集成电路的基板等【75，76】。
第五章氧化铝碳纳米管一维纳米复合材料制备5．1引言碳纳米管(CNTs)自1990年被发现以来【l】，一直是科学界关注的焦点。
日本成功开发出制造纳米氧化铝的工业方法
潘雄
【期刊名称】《功能材料信息》
【年(卷),期】2005(002)002
【摘要】<正>据媒体报导,日本三井矿山最近成功开发出制造纳米氧化铝的工业方法。
这种氧化铝是一种在其内部具有纳米级空隙的多孔材料,其空隙量、大
小及其表面积可运用制造技术自由控制,是一种划时代的新材料。
若将之用作环境
净化催化剂,则能
【总页数】1页(P61-61)
【作者】潘雄
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TB383.1
【相关文献】
1.日本开发出制造合金纳米粒子新方法 [J], ;
2.日本开发出在真空中制造纳米金属丝的方法 [J], 无
3.日本开发出制造多孔质材料的新方法 [J], 张忠模
4.国防科技制造设备采购洽谈会圆满成功国防科技工业自主创新论坛发出倡仪 [J], 谢涛
5.国防科技制造设备采购洽谈会圆满成功国防科技工业自主创新论坛发出倡仪 [J], 谢涛
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材料导论班级学号姓名纳米Al2O3材料及应用进展xxx（xxxxxx学院 xxx班）摘要: 纳米Al2O3是新型的绿色环保材料，具有独特的表面效应、体积效应和量子尺寸效应，为了提高纳米Al2O3的性能，以纳米Al2O3为载体，对其进行掺杂改性已成为科学工作中探导的热点。
综述了近年来纳米Al2O3的制备方法，掺杂改性种类以及其在化工环保传感器、新能源以及光学机械加工等诸多领域中的应用: 随其制备和应用研究的不断深入，纳米Al2O3材料将在更多领域发挥更大的作用。
目前，解决均匀分散性能稳定等问题，仍然是纳米Al2O3研究的重点，探索纳米Al2O3复合材料是解决上述问题的重要手段。
关键词:纳米Al2O3;应用Abstract：Nano-Al2O3is a new type of green material, with unique surface effect, volume effect and quantum size effect. In order to improve the performance of nano- Al2O3, doping modification on the carrier of nano- Al2O3 has become a hot topic in related studies. The article summarizes the preparation methods and doping modification types of nano-Al2O3 as well as its application in such fields as chemical, environmental protection, sensor, new energy, optics and mechanical processing in recent years. As researches into its preparation and application go deeper, the nano- Al2O3 material will play a greater role in more fields. At present, how to achieve uniform dispersion and stable performance is still the focus of related studies. To this end, exploring into the nano- Al2O3 composites remains an important approach.Keyword：nano- Al2O3; adhibition1前言纳米Al2O3具有独特的表面效应，如量子尺寸效应和体积效应。
纳米氧化铝改性水性丙烯酸树酯涂料的性能研究本课题首先制备了纳米氧化铝改性水性丙烯酸树酯涂料，丙烯酸和丙烯酸正丁酯自由基聚合而生成丙烯酸酯乳液。
并研究了各反应条件对聚合反应的影响规律，对聚合条件进行了优化，确立了制备基料的反应条件。
利用较为适宜的颜基比和匹配得当的各种助剂，设计了较合理的涂料配方，并对涂料性能进行了检测，检测结果完全符合国家标准。
研究了纳米TiO_2在涂料中分散，及涂料的抗菌性能。
结果表明:丙烯酸和丙烯酸正丁酯共聚的影响条件有反应时间，单体滴加时间，单体配比，反应温度等。
其中单体滴加时间的影响最大，滴加过快，会引发暴聚。
在反应时问为150min，单体滴加时间为60min 左右，单体配比为2:3时，反应温度为67℃时，基料粘度适中，含固量高，耐水性好。
在乳胶涂料中，颜料和填料已经确定的情况下，涂膜的结构和物理性能基本上取决与颜基比，颜基比是设计涂料配方的重要参数，通常外用型乳胶涂料的颜基比为(2.0～4.0):1.0。
本课题选用了较为适宜的3.0:1.0。
各种助剂匹配得当，相互增益，与基料有较好的相容性，低毒或无毒。
助剂的用量较少，选用高效的，多功能助剂。
涂料配方设计较合理。
对涂料性能的检测，适用了国家标准GB/T9755-2001。
检测了涂料在容器中的状态，低温储存稳定性，粘度，固体含量，干燥时间，涂膜颜色和外观，耐水性，耐碱性，耐洗刷性等指标，检测结果完全符合国家标准。
复合纳米TiO_2有较好的杀菌效果，添加复合纳米TiO_2的水性建筑涂料具有杀菌功能。
纳米TiO_2杀菌机理主要是利用光生空穴和生成的活性氧杀菌。
纳米TiO_2在质量分数为3%时对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌杀菌效果均较好。
纳米氧化铝的研究【摘要】纳米科学与技术是21世纪的三大高科技之一，纳米科学与技术将对其他学科、产业和社会产生深远的影响。
因此，本文从整体出发，着重地从结构、性能、用途、制备等方面综合性研究，从而更能深刻地了解与认识纳米氧化铝材料，不但可以为其更深度地研究提供有用的参考，更重要地是为社会的蓬勃发展做出应有的贡献。
【关键字】纳米氧化铝结构性能用途制备0 引言近年来, 纳米氧化铝材料备受到人们普遍关注, 由于这种材料的晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平, 细化晶界数量大幅度增加, 可使材料的强度、韧性和超塑性大为提高, 并对材料的电学、热学、光学和磁学等性能产生重要影响。
纳米氧化铝材料广阔的应用前景引起了世界各国科技界和产业界的高度关注，因此作为21世纪具有发展前途的功能材料和结构材料之一，纳米氧化铝材料一直都是纳米材料研究领域的热点之一。
1 纳米氧化铝的结构与晶型Al2O3有11种同质异晶体，常见的有三种即：α-Al2O3、β- Al2O3、γ-Al2O3，为含碱金属氧化物的铝酸盐。
β- Al2O3、γ- Al2O3晶型在1000~1600oC几乎完全转变为α- Al2O3 。
1.1 α-Al2O3α-Al2O3属六方晶系，氧离子近似于六方密堆排列，Al3+占据2/3的八面体空隙。
密度3.95～4.10g/cm3。
熔点为2050℃，沸点为3000℃。
α-Al2O3为自然界中唯一存在的晶型，自然界天然存在的α型氧化铝晶体叫做刚玉。
刚玉硬度为9，仅次于钻石（钻石的硬度为10）。
天然刚玉一般都含有微量元素杂质，主要有铬、钛、锰、钒等因此使刚玉带有不同颜色，如黄灰、蓝灰、红、蓝、紫、绿、棕、黑色等。
刚玉的晶体形态常呈桶状、柱状或板状，晶形大多都较完整，具玻璃光泽至金刚光泽。
1.2 γ-Al2O3γ-Al2O3属立方晶系，尖晶石结构，氧离子形成立方密堆积，Al3+填充在间隙中。
γ-Al2O3密度3.42～3.62g/cm3，高温下不稳定，1000oC 以上缓慢转变为α-Al2O3 ，到1450oC这一转变过程完成。
