?sh)力讑֤甉|l缘国家重点实验室（西安交通大学）(j)的研Ih员王威望、李盛涛、刘文凤Q在2017q第16期《电(sh)工技术学报》上撰文指出Q聚合物U米复合?sh)介质作为第三代l缘材料表现Z异的甉|Ҏ(gu)，其中ȝ是纳c_合电(sh)介质的关键性能之一?/strong>
很多研究表明U米复合?sh)介质的ȝ性能明显优于U聚合物和微c_合电(sh)介质材料。针对第一代纳c_合电(sh)介质的国内外研究现状Q综qC(jin)其击I性能Q包括体ȝ和沿面闪l特性）(j)Q讨Z(jin)U米复合?sh)介质击I特性改善的机理?/strong>
Z国内外研I现状和本课题组的研I积累，提出?jin)自׃U对聚合物纳c_合电(sh)介质ȝ的重要媄(jing)响，指出?jin)纳c粒子对聚合物基体自׃U参数的影响规律Q研I了(jin)?sh)荷输运微观q程对纳c_合电(sh)介质ȝ的媄(jing)响机Ӟ阐述?jin)陷阱参C体击I和沉K闪络性能的关p；ȝ?jin)纳cx性与复合材料体和表面?sh)荷输运参数调控的关联，指出了(jin)纳cx杂同时改善聚合物介质体击I和沉K闪络Ҏ(gu)的机理?/strong>
体击I是l缘介质材料在电(sh)Z发生内部破坏的短时现象。一般体ȝ发生的时间小?msQ这U短时破坏可直接Dl缘失效Q造成?sh)力讑֤瘫痪。另外，l缘介质材料的沿面闪l，是发生在介质材料表面的击I现象（一U表面放?sh)?j)。沿面闪l可发生在ns～s之间较宽的时间尺度；可造成l缘介质表面劣化甚至破坏、信号干扰和讑֤短\Q威胁电(sh)力设备的q行可靠性?
一般电(sh)力设备中Zl缘材料与气体或真空间的界面是绝~的薄弱点，q些地方Ҏ(gu)发生沉K闪络。体ȝ和沿面闪l都属于l缘介质的短时击I性能Q在l缘介质性能研究、尤其是新材料设计和开发中是必考虑的关键问题?
一般情况下Q聚合物介质的击I场强受很多因素的媄(jing)响，是一个复杂难懂的物理现象Q如介质厚度、温度和压力{。这些媄(jing)响因素会(x)改变聚合物复杂的l构和Ş态，从而媄(jing)响材料的ȝq程。在工程应用斚wQ通常采用在聚合物中添加无机微c颗_来制备复合材料Q以提高U聚合物的机械、热和某些电(sh)Ҏ(gu)。但对击I性能而言Q无机微c颗_一般会(x)引入杂质或缺P?sh)场作用下，复合材料内部电(sh)场发生畸变Q从而导致其ȝ场强下降?
通过在聚合物材料中添加无机纳c粒子，q进行界面微观结构设计和调控Q可制备?gu)合物U米复合?sh)介质材料。由于受U米_子Ҏ(gu)，如小寸、比表面U大、量子隧道效应等的媄(jing)响，聚合物纳c_合电(sh)介质表现Z异的ȝҎ(gu)[1-4]Q其ȝ性能受纳c粒子表面处理[5,6]、纳c粒子类型和含量[1,7]、内聚能密度QCohesive Energy Density,CEDQ和ȝ化{变温度等[8,9]多个因素的媄(jing)响?
U米_子的物理化学性质对复合电(sh)介质的击I至关重要。粒子表面极性和非极性的官能团与聚合物分子链怺作用媄(jing)响其ȝq程。另外，U米_子的引入改变了(jin)聚合物的形态结构，特别是结晶行为，q而媄(jing)响击Iѝ?
研究指出U米复合?sh)介质优异的ȝ性能来源于纳c粒子和聚合物基体间的界面区[10-12]。因此，很多研究者关注界面区的物理化学特性，试图通过物理化学Ҏ(gu)来修饰纳c粒子表面，从而调控界面区Ҏ(gu)，提高复合介质的击I场强?
U米_子通常位于聚合物的无定形区或无定Ş与结晶区的界面，改变聚合物的形态和l构。由于电(sh)药q特性与聚合物的形态和l构密切相关Q因此，U米复合?sh)介质的ȝ取决于微观界面区的Ş态和l构对其?sh)荷输运?gu)的影响。根据已有的ȝ理论[13]Q研I者讨Z(jin)界面区特性，如陷阱和自由体积{对?sh)荷输运的?jing)响，阐述?jin)纳c_合电(sh)介质的击I机理[8,14,15]?
? 原位和非原位Ҏ(gu)制备的EP/TiO2U米复合?sh)介质的ȝ?gu)?
l论和展?/strong>
׃上研I可知，量U米_子可提高聚合物的击I特性。这U改善归因于界面区效应对?sh)荷输运微观参数的?jing)响，如自׃U、陷阱和介电(sh)常数{。其中陷阱参数是载流子电(sh)药q的关键因素。纳c粒子可以改变陷q深度和密度，从而改善击I性能。一般情况下Q适量的增加深陷阱可以提高复合材料的击I场强?
以上的研I对第一代纳c_合电(sh)介质材料。正如Tanaka T.所aQ第一代纳c_合电(sh)介质E_性和可靠性不高，q得很多特性无法很好地从物理和化学角度ȝ解，从而限制了(jin)U米复合?sh)介质性能的提升和应用。ؓ(f)?jin)更好地研究和发展新型纳c_合电(sh)介质材料Q需要从以下几点入手?
首先Q开展第二代U米复合?sh)介质的合成和制备研I。第二代U米复合?sh)介质突出界面区的修饰和调控Q通过q种技术可以获得电(sh)气性能的综合提升。其中界面修饰是其关键点。可通过两种Ҏ(gu)来实玎ͼ一U是采用先进的化学制备技术，如原位自由基聚合、可逆加?断裂链{U（RAFTQ聚合等。二是采用先q的表征技术表征界面区Q如原子力显微镜、光致发光、正?sh)子湮灭{。这些技术可以很好地探测聚合物微观结构的信息Q从而有助于分析和研I其性能改善机理?
其次Q需要研I纳c_合电(sh)介质微观-介观-宏观Q?MQ的时空层次关系Q获得纳c_合电(sh)介质的时I物理特性和机理。这也是h泉院士在W?54ơ香׃(x)议上提出的关键科学问题[46]。当聚合物中引入U米_子后，聚合物的时空层次l构和Ş态变得更加复杂。如何考虑q种复杂的结构对性能的媄(jing)响是未来研究面(f)的挑战?
界面区处于介观尺度（U?0nmQ，理解介观度的介느论ƈ与上q的3Mq行兌是发展纳c_合电(sh)介质的重要课题。例如需要重新考虑介观度的FowlerNordheim和隧道效应，分析陷阱在介观尺度的效应{。另外，需要考虑ȝ的时I层ơ关p，ȝ场强与厚度、时间的关系Q以?qing)纳c粒子如何媄(jing)响绝~介质的短时ȝ和长时老化{?
