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项目年度编号
1700320123
成果公布年份
2016
成果简介
该项目属电气绝缘技术基础研究领域。绝缘电介质极化和击穿是电气绝缘领域长期关注的科学问题，对提高避雷器、电机、电力电缆等电力设备的性能具有重要意义。经典的绝缘电介质理论往往关注德拜极化过程和电子倍增击穿过程，没有充分考虑陷阱（电荷捕获中心）对极化和击穿的作用，无法得到陷阱对绝缘电介质极化和击穿性能的调控方法。该项目历时17年，以电压敏陶瓷和纳米电介质等绝缘电介质为研究对象，围绕上述问题开展深入研究，提出了电压敏陶瓷点缺陷电子陷阱的极化理论，建立了纳米电介质的交互区陷阱击穿模型，提出了绝缘电介质极化和击穿性能的陷阱调控方法。指导开发的避雷器和电机绝缘解决了国家重大电力工程、风力发电机和动车牵引电机等前沿绝缘技术的急需。主要发现点有：1.提出了电压敏陶瓷点缺陷电子陷阱的极化理论。证明了电压敏陶瓷电子陷阱极化与德拜极化的等价性，揭示了点缺陷陷阱和晶界肖特基势垒极化关联的机制，解决了点缺陷陷阱表征、点缺陷陷阱对晶界势垒极化和击穿作用等核心问题。被国外著名学者发表在Nano Lett.和Prog. Mater. Sci.上的论文评价认为：是“点缺陷陷阱研究的普适性方法”、“电压敏陶瓷晶界势垒模型的代表性工作”，并被国外学者应用于计算氧化锌纳米线等其他绝缘介质的势垒参数。2.建立了聚合物纳米复合绝缘电介质交互区的陷阱击穿模型。通过分析纳米粒子与基体的键合作用、结晶形态，将纳米粒子与基体的交互区等效为键合区、过渡区，提出了交互区陷阱势垒模型，揭示了交互区陷阱势垒对载流子极化和击穿过程的作用机制，克服了国际上已有单层模型和多核模型对交互区陷阱考虑的不足，被国外著名学者发表在IEEE TDEI等该领域顶级期刊上的论文评价认为：“纳米电介质代表性模型”、“可合理解释少量纳米掺杂提高绝缘电介质击穿特性的现象”。3.提出了提高绝缘电介质极化和击穿特性的陷阱调控方法。应用所提出的极化理论和陷阱击穿模型，提出了稀土掺杂、纳米粒子表面功能化等点缺陷陷阱和交互区陷阱的调控方法，克服了传统极化和击穿理论无法从陷阱的角度调控绝缘电介质介电性能的不足，被国外著名学者发表在ACS Appl. Mater. Inter.上的论文评价认为：“提高绝缘电介质相对介电常数等极化性能的有效方法”。陷阱调控方法应用于工程实际，解决了国家重大电力工程急需。该项目20篇核心论文发表在IEEE TDEI、APL等国际一流期刊上，SCI他引495次(8篇代表论文SCI他引384次),授权国家发明专利13项。作“Prof. Liu Ziyu Memorial Lecture”IEEE系列等国际会议主旨报告3次、邀请报告5次。
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