纳米复合改性是提高电力设备绝缘材料电性能的有效途径,聚合物基无机纳米复合电介质的研究具有十分重要的工程意义和理论价值。陷阱对聚合物电导、老化和击穿等电性能有显著影响,对聚合物及其纳米复合物陷阱特性及陷阱对电性能影响的研究,有助于揭示聚合物基纳米复合电介质电性能的机理。本论文以低密度聚乙烯(LDPE)为聚合物基体材料,重点研究了ZnO、ZnxMg1-xO(x=0.5)、 ZnO+MMT(montmorillonite)掺杂及纳米颗粒表面偶联剂处理对LDPE陷阱特性和电性能的影响,并以陷阱特性作为切入点,研究了纳米电介质电性能的微观和介观机理。论文主要工作如下：(1)采用熔融共混法制备了不同掺杂量的LDPE/ZnO、LDPE/ZnxMg1-xO、 LDPE/ZnO+MMT纳米复合电介质,并采用扫描电镜、红外光谱、X射线衍射、紫外-可见吸收光谱等技术手段对其进行了结构表征,研究了不同种类纳米颗粒在LDPE基体中的分散性和其与基体的相容性、纳米颗粒与基体的界面物理化学作用、纳米掺杂引起的LDPE结晶度及微晶尺寸变化和纳米复合物的紫外-可见光吸收特性,并研究了纳米颗粒偶联剂处理对上述特性的影响。研究表明,复合物中ZnO和ZnxMg1-xO纳米颗粒的粒径基本上都在50-200nm之间；偶联剂与纳米颗粒之间产生了化学键合作用,并且降低了纳米颗粒团聚物的尺度；表面处理的ZnO纳米颗粒与MMT混合掺杂增大了MMT的层间距,促进了二者在LDPE中的分散,ZnO与MMT片层形成了一定的交织结构；ZnO和ZnxMg1-xO掺杂提高了LDPE的结晶度；LDPE/ZnO和LDPE/ZnxMg1-xO纳米复合物对250-400nm之间的紫外光有很强的吸收作用。(2)针对传统的热刺激电流方法在定量研究聚合物陷阱特性方面存在的缺陷,提出了适用于研究能级连续分布的聚合物陷阱特性的改进的等温放电电流和热刺激电流分析方法,通过实验分析证实了该方法的有效性,并以此得到了LDPE及其纳米复合物的陷阱特性。研究得出,纳米掺杂能够使LDPE的陷阱能级密度增加2-6倍,陷阱深度基本不变；陷阱均来自于界面区高分子链的空间构象缺陷,其物理本质是空腔；陷阱能级密度的变化与纳米颗粒本身的性质和形状、掺杂量、偶联剂处理有密切关系。(3)研究了纳米掺杂引起LDPE陷阱能级密度变化的微观机制,提出并证实了纳米掺杂改性的界面陷阱机理理论模型。研究得出,纳米复合物中陷阱能级密度的增加源于两个方面：一是纳米颗粒促进了聚乙烯的异相成核过程,提高了成核速率而降低了球晶生长速率,从而减小了球晶尺寸,生成了大量均匀的小球晶,在晶区与非晶区之间产生了更多的界面,该界面能够形成大量空腔陷阱；另一方面纳米颗粒与聚合物之间的界面区由于分子可动性、形态结构、自由体积等不同于聚合物基体而存在大量空腔陷阱。这两种界面产生的陷阱效应是导致纳米复合物中陷阱能级密度增加的主要原因。(4)研究了不同纳米掺杂对LDPE电性能特别是电荷输运特性的影响,并基于界面陷阱理论给出了纳米复合物电导降低、击穿场强和耐电树枝老化寿命增加的物理机制。研究表明,通过ZnO、ZnxMg1-xO和ZnO+MMT掺杂,大幅度提高了LDPE的电性能。其中,纳米复合物的载流子迁移率是LDPE的1/4～1/20,体积电阻率是LDPE的2-20倍,高场电导电流最小是LDPE的1/8～1/2；积累的同极性和异极性空间电荷密度和电荷量最小是LDPE的1/8～1/3,偶联剂处理有助于空间电荷的抑制；耐电树枝老化寿命最大是LDPE的30倍,ZnO纳米颗粒与MMT片层混合掺杂的纳米复合物的耐电树枝老化能力最好,其次分别是ZnxMg1-xO和ZnO掺杂；纳米复合物的击穿场强最大比LDPE提高了10%～20%。研究表明纳米掺杂的界面陷阱效应及其本身特性是引起纳米复合物电性能改善的关键因素。(5)为了深入理解纳米复合物中的空间电荷行为及其机理,通过对电极电荷注入和输运过程中界面陷阱调制作用的实验和理论分析,提出了LDPE/ZnO纳米复合电介质中空间电荷抑制的陷阱机理理论模型。研究得出,纳米颗粒掺杂的界面陷阱效应有效降低了注入电荷积累的深度,促进了注入电荷在电极界面附近的入陷,降低了界面电场,弱化了界面附近的杂质电离,从而抑制了电极界面附近异极性空间电荷的形成；另一方面,界面电场的降低导致电极注入电荷的减少,体电导能够及时将注入的少量电荷导出,因而抑制了材料体内同极性空间电荷的积累。这对高压和超高压直流电缆绝缘材料的开发具有指导意义。