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聚酰亚胺(PI)作为一种功能材料,在高温状态下具有良好的介电性,优良的力学特性等,已经被广泛应用于航天航空及微电子领域。无机纳米杂化聚酰亚胺是近年来研究的热点,其耐电晕老化寿命是非杂化薄膜的500倍,广泛应用于变频系统中,但其击穿机理和内部的纳米颗粒在介质击穿过程中起何种作用目前还不清楚。利用Materials Studio 3.0软件模拟PI及PI/SiO2的几何结构和电子结构。模拟结果表明,PI二聚体、三聚体及四聚体中间片段的几何结构大致相同,可以利用低聚物中间片断结构来表征整个高分子聚合物的结构。利用Mulliken布局分析得到PI原子之间的键级,其中C(7)-O(8)之间的键级较强,O(1)-C(2)、C(5)-N(6)、N(6)-C(7)和C(7)-C(9)之间的键级相对较弱。SiO2纳米颗粒与PI上的羰基形成氢键,使得PI的几何结构和电子结构发生了变化,但键级基本没有变化。利用耐局部放电系统对自制的PI/SiO2薄膜和PI薄膜在强电场作用下做击穿试验,采用扫描电镜观察薄膜表面损伤形貌及击穿孔附近微结构特征。测试结果表明,PI/SiO2薄膜的击穿场强为195.8KV/mm,PI薄膜击穿场强为181.82KV/mm,纳米杂化后薄膜的耐电性得到提高。PI/SiO2薄膜只是在击穿孔附近小范围内被破坏,击穿孔边缘出现大量的放电痕和凹穴;PI薄膜的击穿孔附近大面积突起,严重破坏区域波及孔区附近100μm左右,孔洞边缘材料表面粗糙,出现熔融现象。薄膜击穿起始于样品表面存在的杂质和缺陷或电极表面的突出物引起的局部放电,由于主链酰亚胺环上的C-N键较弱,易断裂并生成硝酸等物质,腐蚀薄膜表面,使薄膜表面产生凹坑,最终导致薄膜被击穿。无机纳米颗粒起到了改善导热、提高耐电及热损伤等作用,同时提供深电子陷阱,使载流子迁移率和密度降低,增加结晶-非结晶界面,起到散射电子、分散能量和抑止“树枝”生长的作用。