聚酰亚胺（PI）薄膜是一种有机高分子材料,由于其化学结构稳定、耐高低温腐蚀以及优良的力学性能和电气绝缘性能被广泛地应用在电气和宇航等工程领域中。当PI薄膜作为绝缘电介质应用在电力设备中时,表面电荷和空间电荷积聚会导致其使用寿命降低。纳米粒子尺寸微小,具有表面和量子效应,当纳米粒子掺杂到聚合物材料中,可以为其带来热、电气和机械性能的提高。本文以PI薄膜为研究对象,选用粒径为10 nm的Al2O3粒子,在实验室以热酰亚胺化制备了改性PI薄膜,纳米Al2O3粒子掺杂量分别为0 wt%、1 wt%、3 wt%、5 wt%和7wt%。在实验室搭建了聚合物介电性能、表面电导率和表面电荷测量平台,分析了纳米Al2O3粒子对改性PI薄膜电气性能的影响。运用有限元分析软件模拟了未改性PI薄膜内部空间电荷积聚与迁移特性,探讨了薄膜厚度、外界温度和电场强度对未改性PI薄膜内部空间电荷的影响。主要工作和结论如下:（1）制备了不同纳米粒子含量的改性PI薄膜,通过搭建介电性能和电导率实验平台,探究了纳米粒子对改性PI薄膜相对介电常数和表面电导率的影响。研究表明,纳米粒子掺杂到PI薄膜后,其基体中引入了大量的界面,导致界面极化增强,改性PI薄膜的相对介电常数高于未改性的;界面区域增多,造成载流子迁移通道增多,相较于未改性PI薄膜的表面电导率,改性PI薄膜的表面电导率有所提高。（2）聚酰亚胺基体掺杂纳米Al2O3粒子后,其内部物理和化学缺陷被纳米粒子填充,改性PI薄膜内部陷阱能级和密度减少。在相同外界条件下,陷阱密度的减少致使PI薄膜表面电荷初始积聚量降低。陷阱能级的降低能使陷阱中的电荷更容易脱陷与迁移,电荷能更快消散。由表面电荷消散规律可知,表面电导率增大也能加快电荷消散。（3）基于双极性载流子输运模型,采用有限元分析软件模拟了未改性PI薄膜在强电场中的空间电荷特性,探究了薄膜厚度、外界温度和电场强度对空间电荷积聚、迁移和消散的影响。PI薄膜越薄,其内部积聚的同极性空间电荷数量越多,载流子向薄膜内部迁移得越深。温度变化会导致PI薄膜内部电场畸变加剧,积聚在薄膜两端的同极性空间电荷削弱了薄膜两端的电场强度,提高了薄膜中间部分的电场强度。施加电场强度的增加会引起电极注入的电流密度升高,但随着施压时间的增加,阳极和阴极处的电场强度降低,导致注入电荷减小。综上,本文以热酰亚胺化法制备了PI薄膜,并深入研究了改性PI薄膜表面电荷和未改性PI薄膜在强电场中的空间电荷特性,所得结论能为PI薄膜表面电荷和空间电荷的调控方法和技术提供理论支持。