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聚合物基纳米电介质材料因其优异的电气性能、热性能广泛应用于电气绝缘、变频电机、直流电缆等领域。由于界面层是决定纳米复合电介质材料热性能和电性能优劣的关键因素,已成为纳米电介质材料科学研究的热点。本文以非晶极性聚酰亚胺（PI）、半结晶非极性低密度聚乙烯（LDPE）和交联聚乙烯（XLPE）为基体材料,掺杂SiO2、气相SiO2（V-SiO2）、偶联剂包覆气相SiO2（K-SiO2）,研究颗粒尺寸、组分、表面修饰及基体特性等因素对复合薄膜微结构的影响;在施加电场和温度场下,研究复合薄膜微结构演化规律及对介电性能的影响。论文主要工作如下。采用原位聚合法制备了不同尺寸、组分的SiO2/PI、V-SiO2/PI和K-SiO2/PI复合薄膜,采用SAXS、TEM等测试手段表征复合薄膜微结构,研究不同尺寸、组分和表面修饰的SiO2颗粒在PI基体中的分散性及与界面层之间关系。研究结果表明,SiO2颗粒尺寸、组分与界面层存在阈值关系,小尺寸（5nm、10nm）SiO2/PI复合薄膜具有界面层,随纳米颗粒尺寸减小,界面层厚度增大;半径大于25nm,复合薄膜无界面层;小组分（小于15wt%）复合薄膜无界面层,仅有质量分形;组分大于15wt%的复合薄膜具有界面层及质量分形和表面分形特征;组分1-20wt%K-SiO2/PI复合薄膜具有界面层及质量分形和表面分形特征;V-SiO2颗粒在复合薄膜以直径100-500nm的团簇分散,偶联剂与基体之间产生较强的化学键合作用,K-SiO2分散性好。针对PI基电介质材料实际应用,采用短时极化和长时电晕两种测试方法,结合薄膜介电性能测试,研究电场作用下V-SiO2/PI复合薄膜微结构演化规律。研究结果表明,短时极化影响复合薄膜电子密度,极化后基体电子密度不变,界面层厚度不变、电子密度增大;随温度升高,基体电子密度不变,界面层厚度不变及电子密度减小;电场长时作用下,复合薄膜微结构发生显著变化,电晕初期界面层厚度快速增加,电晕中后期保持稳定;电晕过程中,基体电子密度减小,界面层厚度及其电子密度增加;V-SiO2颗粒与PI基体高分子链形成无机颗粒阻碍层,提高复合薄膜耐电晕性能。采用熔融共混法制备不同组分的V-SiO2/LDPE、K-SiO2/LDPE、V-SiO2/XLPE、K-SiO2/XLPE复合薄膜,采用SAXS、SEM、DSC、DMA等测试手段表征复合薄膜的微结构和测试性能,研究V-SiO2颗粒组分与LDPE基体间界面层的关系及温度场和电场作用下V-SiO2/LDPE复合介质微结构演化与电导率的关系,提出并证实了V-SiO2/LDPE纳米复合电介质中“界面层抑制电导率增加”模型。研究结果表明,V-SiO2/LDPE复合介质呈现“界面层增加现象”,随温度升高,界面层厚度增大。复合薄膜电导率较纯LDPE薄膜降低2个数量级,随温度升高,界面层厚度增加对载流子的散射作用和抑制能力相应增强,有效抑制空间电荷集聚,平顺复合薄膜内部电场,降低电导率对温度的敏感度;在温度场作用下,研究了V-SiO2和K-SiO2两种颗粒与PI、LDPE、XLPE三种基体复合薄膜微结构演化规律及机理,提出并通过实验证实了“界面层记忆效应”模型。研究得出,V-SiO2和K-SiO2颗粒在LDPE和XLPE基复合薄膜呈现“正界面层记忆效应”;随温度升高,界面层厚度增大;温度下降,界面层厚度减小并恢复。K-SiO2/PI复合薄膜为“负界面层记忆效应”,随温度升高,界面层厚度减小;温度下降,界面层厚度增大并恢复。包覆层和基体密度决定“正、负界面层记忆效应”。研究了纳米颗粒掺杂引起LDPE和XLPE球晶和片晶形貌变化的机理及微结构变化对复合薄膜热性能的影响规律,提出“颗粒诱发LDPE片晶形变效应”模型;研究结果表明,在LDPE基复合薄膜中,SiO2颗粒使得片晶厚度增加、长度减小并影响片晶生长取向。由于片晶在XLPE基复合薄膜中交织重叠生长,SiO2颗粒添加对片晶厚度和长度无明显改变。SiO2颗粒使得复合薄膜中球晶直径减小、数量增加,球晶直径和数量改变直接影响复合薄膜融化温度和结晶温度。温度场作用下,通过实验和理论分析纳米复合薄膜微结构演化过程,提出V-SiO2/LDPE、K-SiO2/LDPE、V-SiO2/XLPE、K-SiO2/XLPE四种复合薄膜微结构演化模型。研究结果表明,颗粒、基体、界面层三者协同关系及半结晶基体中片晶尺寸和形状变化是复合薄膜微结构演化的主要因素。