實(shí)驗(yàn)名稱：聚醚酰亞胺薄膜電滯回線和擊穿場強(qiáng)測試

　　研究方向：為了應(yīng)對全球能源短缺、氣候變化及大氣污染等問題，太陽能、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)、電動汽車技術(shù)等在發(fā)展中均對高功率密度電能存儲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，對于介電薄膜電容器的工作溫度要求也越來越高。因此研究可應(yīng)用于高溫環(huán)境的高儲能密度薄膜電介質(zhì)對實(shí)現(xiàn)脈沖功率及電力電子設(shè)備用儲能電容器的小型化、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)用價值。電容器通常由電介質(zhì)材料和兩個導(dǎo)體電極組成，呈平行板形式，如圖1.4所示。電能存儲是電容器的基礎(chǔ)功能，電容器的能量存儲能力（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)境的高儲能密度薄膜電介質(zhì)對實(shí)現(xiàn)脈沖功率及電力電子設(shè)備用儲能電容器的小型化、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)用價值。

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

　　測試設(shè)備：ATA-7100高壓放大器、信號發(fā)生器、示波器

　　實(shí)驗(yàn)過程：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，信號經(jīng)由ATA-7100高壓放大器放大施加在樣品兩端，可通過放大器增益旋鈕控制輸出電壓，同時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，也可輸出直流信號,最大輸出交流信號20kVpp，最大輸出直流電壓10kV，也可以用于擊穿場強(qiáng)測試。其測試原理圖如圖1-1

　　圖1-1：擊穿場強(qiáng)測試、電滯回線測試實(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)的直流擊穿場強(qiáng)測試分析結(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，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，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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