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聚酰亚胺因其优异的绝缘性能、机械性能以及热稳定性能被广泛应用于变频电机、集成电路、燃料电池、航空航天等领域。本文利用零维纳米SiO2、Al2O3和二维纳米BN的独特结构与性能,对聚酰亚胺进行单独以及协同改性:采用原位聚合法设计制备了组分为5%、10%、15%、20%的PI/SiO2、PI/Al2O3、PI/BN和PI/BN+Al2O3复合薄膜,对比研究其微结构、电学性能、热学性能及耐电晕老化机理。零维纳米SiO2、Al2O3平均粒径分别约为7.5 nm和13.0 nm,SiO2表面带负电、Al2O3表面带正电,在聚酰亚胺基体中均匀分散,颗粒表面吸附聚酰亚胺分子链,形成有机无机界面层,小角X射线散射与透射电镜测试证实了界面层的存在,测试的界面层厚度基本一致,约为2 nm左右。实验结果表明,随SiO2、Al2O3组分增加,PI/SiO2、PI/Al2O3复合薄膜的相对介电常数增加,电导率、介电损耗增幅较小。高电场条件下,SiO2、Al2O3对聚酰亚胺分子链起到保护作用,防止其分解形成氨基、羟基等物质,PI/SiO2、PI/Al2O3复合薄膜电晕老化寿命和交流击穿场强明显提高。相同组分下,PI/Al2O3的电晕老化寿命高于PI/SiO2,PI/Al2O3 20%电晕老化寿命约为纯PI的25倍。随着SiO2和Al2O3组分增加,PI/SiO2、PI/Al2O3复合薄膜热稳定性和导热性能明显提升,相同组分下,PI/Al2O3的热分解温度和导热系数均高于PI/SiO2。二维纳米BN为不规则片层结构,平面尺寸约为100-250 nm,厚度约为7 nm。在聚酰亚胺中通过多层铺膜、机械应力、电场诱导和加热固化,对BN进行诱导取向,低组分条件下,BN分散均匀并实现水平取向。随着BN组分增加,PI/BN相对介电常数先增加后减小,电导率、介电损耗增幅较小。高电场条件下,BN存在片层阻挡空穴载流子效应,PI/BN电晕老化寿命和交流击穿场强明显提升。随着BN组分进一步增加,BN分散性较差,电晕老化寿命和交流击穿场强迅速减小。PI/BN+Al2O3复合薄膜中,二维纳米BN水平取向,零维纳米Al2O3自主围绕在BN周围,有效填补在BN之间的聚酰亚胺中,形成Al2O3自主围绕BN和BN+Al2O3均匀分布的多分散体系。随着BN+Al2O3组分增加,PI/BN+Al2O3相对介电常数迅速增加,电导率、介电损耗增幅较小,热稳定性和导热性能明显提升。BN+Al2O3组分为15%时,电晕老化寿命和交流击穿场强分别增加为纯PI的28倍、1.5倍;BN+Al2O3组分为20%时,电晕老化寿命和交流击穿场强均有所下降。本文从微观角度进行表面电位、空间电荷,热激电流、电导电流分析测试,结合复合薄膜微结构和电学性能、热学性能测试结果,揭示复合薄膜耐电晕老化机理。结果表明,Al2O3、BN、BN+Al2O3相对介电常数较高,表面电位较低,其附近电场线较密集,载流子主要到达Al2O3、BN、BN+Al2O3及界面区域;BN阻挡空穴载流子向内部输运,Al2O3与聚酰亚胺形成界面层,产生更多较深陷阱能级,成为载流子输运和空间电荷复合通道;Al2O3、BN的引入限制聚酰亚胺取向极化,在保持绝缘性能和较低介电损耗的同时,提高了电导率和电场老化阈值,防止空间电荷大量积累,同时复合薄膜具有更好的导热性能以及热老化性能,耐电晕老化性能明显提升。在PI/BN+Al2O3中,BN、Al2O3发挥协同作用,其中BN阻挡空穴载流子,抵御高能载流子轰击聚酰亚胺;Al2O3有效防止BN团聚,与BN形成多分散体系,利于输运载流子、复合空间电荷,具备优异的热稳定性,进一步提高了聚酰亚胺电晕老化寿命。