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高壓放大器在聚醚酰亞胺薄膜電滯回線和擊穿場強測試中的應用

作者：Aigtek 閱讀數：0 發布時間：2024-12-02 18:01:31

　　實驗名稱：聚醚酰亞胺薄膜電滯回線和擊穿場強測試

　　研究方向：為了應對全球能源短缺、氣候變化及大氣污染等問題，太陽能、風能和熱能等新能源發電技術應運而生。但由于新能源發電具有間歇性、不穩定性等問題，難以直接接入大電網，因而亟需大型的電能轉換和電能存儲裝置。另外，脈沖功率技術、電磁彈射技術、高壓柔性直流輸電技術、電動汽車技術等在發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都具有廣泛的應用。目前商用的聚合物電容器薄膜由于其介電常數較小，儲能密度偏低，往往使得其在設備中占據較大的體積。另一方面，隨著電氣絕緣技術向著高溫方向發展，對于介電薄膜電容器的工作溫度要求也越來越高。因此研究可應用于高溫環境的高儲能密度薄膜電介質對實現脈沖功率及電力電子設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研究意義和實際應用價值。電容器通常由電介質材料和兩個導體電極組成，呈平行板形式，如圖1.4所示。電能存儲是電容器的基礎功能，電容器的能量存儲能力（即電容）僅由導體的物理尺寸（幾何形狀）和電介質的介電常數決定，與導體之間的電位差和導體上的總電荷無關。為了彌補聚合物電介質介電常數不夠高的缺點，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合材料，因此，研究可應用于高溫環境的高儲能密度薄膜電介質對實現脈沖功率及電力電子設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研究意義和實際應用價值。

　　實驗目的：電滯回線測試和不同納米填料的PEI基復合儲能電介質的擊穿場強擊穿場強測試為后續實驗做論證和鋪墊。

　　測試設備：ATA-7100高壓放大器、信號發生器、示波器

　　實驗過程：首先由函數發生器激發頻率為10Hz的單極性三角波信號，信號經由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測試。其測試原理圖如圖1-1

　　圖1-1：擊穿場強測試、電滯回線測試實驗框圖

　　實驗結果：不同納米填料的PEI基納米復合電介質的直流擊穿場強測試分析結果如圖1-2所示，不同納米填料的PEI基納米復合電介質的Eb和β值。隨著納米填料含量的增加，不同納米填料的PEI基納米復合電介質的Eb均呈現先增大后減小的規律。當填料含量為3vol%時，PEI/SiO2和PEI/ZrO2納米復合電介質的Eb達到最大值，分別為595MV/m和610MV/m。PEI/TiO2納米復合電介質的Eb在填料含量為1vol%時達到最大值，為524MV/m。此外，與純PEI的β值（8.24）相比，不同納米填料的PEI基納米復合電介質的β值也有所增加，當填料含量為3vol%時，PEI/SiO2、PEI/ZrO2和PEI/TiO2納米復合電介質的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納米復合電介質的β值均在10以上，高β值反映了其高的擊穿穩定性。