[发明专利]一种绝缘材料结构及其制备方法

说明书

本申请公开一种绝缘材料结构及其制备方法，用作高压直流输电中电力设备的绝缘介质，包括聚合物基层，所述聚合物基层的表面从内之外依次设置有第一聚多巴胺层、纳米银层和第二聚多巴胺层，所述纳米银层包括若干纳米银颗粒，所述纳米银颗粒的粒径R_Ag范围为0﹤R_Ag﹤100nm。本申请能够有效抑制高压直流下聚合物绝缘介质中空间电荷注入和积聚，减少绝缘材料内因空间电荷效应造成的电场畸变，提升绝缘材料的击穿性能，从而提高电力设备的使用寿命，实现简单，实用性强，安全性高，材料制备方法所需设备和处理条件简单易得，可重复性强。

技术领域

本申请涉及高压直流输电技术领域，尤其涉及一种绝缘材料结构及其制备方法。

背景技术

高压直流输电具有输送容量大、输送距离远、损耗小、造价低、调节速度快、稳定性高等特点，被广泛应用于长距离、大容量输电。随着我国电力系统的发展，电能传输容量和传输距离的增大，高压直流输电将在全国电网中的优越性日益突出。

聚合物绝缘材料具有成本低、电、热、机械性能优异等特点，广泛应用于电缆、电容器、变压器等电力设备中。例如，交联聚乙烯由于重量轻、体积小、输电容量大和安装维护费用低等优点，已经成为高压直流输电电缆用料的主要选择。然而，高压直流输电电缆中的空间电荷是影响电缆寿命的主要因素。目前的研究表明，空间电荷的注入和迁移等将导致聚合物绝缘介质中电场强度分布发生变化，局部较高的电场强度容易引发大电流，最终导致绝缘击穿。例如，研究表明电荷密度为1μC/cm³的空间电荷积聚，将会引起聚合物中1mm处超过50kV/mm的电场畸变。空间电荷除影响短时击穿性能外，还会对绝缘材料的电导、老化特性产生影响。因此，空间电荷对绝缘材料性能的不利影响是高压直流输电领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提供一种绝缘材料结构及其制备方法，以解决现有普通聚合物绝缘材料容易被注入和积聚空间电荷的问题。

第一方面，本申请提供一种绝缘材料结构，用作高压直流输电中电力设备的绝缘介质，包括聚合物基层，所述聚合物基层的表面从内之外依次设置有第一聚多巴胺层、纳米银层和第二聚多巴胺层，所述纳米银层包括若干纳米银颗粒，所述纳米银颗粒的粒径R_Ag范围为0﹤R_Ag﹤100nm。

可选地，所述聚合物基层的厚度为0.2mm，所述第一聚多巴胺层和所述第二聚多巴胺层的厚度为50nm。

可选地，所述聚合物基层为低密度聚乙烯或交联聚乙烯。

第二方面，本申请提供一种绝缘材料结构的制备方法，用于制备如第一方面所述的绝缘材料结构，所述方法包括如下步骤：

第一步：将聚合物基层浸入多巴胺溶液中，并向所述多巴胺溶液中注入氧气，使多巴胺聚合形成的聚多巴胺黏附在所述聚合物基层的表面，得到第一聚多巴胺层；

第二步：将黏附有第一聚多巴胺层的聚合物基层浸入硝酸银溶液中，使第一聚多巴胺层表面分布若干粒径R_Ag范围为0﹤R_Ag﹤100nm的纳米银颗粒，得到纳米银层；

第三步：将黏附有所述第一聚多巴胺层和所述纳米银层的聚合物基层再次浸入多巴胺溶液中，并向所述多巴胺溶液中注入氧气，使多巴胺聚合形成的聚多巴胺黏附在所述纳米银层的表面，得到第二聚多巴胺层。

可选地，在第一步之前，所述方法还包括：

依次使用乙醇和去离子水，对聚合物材料进行超声震荡清洗，然后将清洗后的聚合物材料置入真空干燥箱烘干，得到所述聚合物基层。

可选地，第一步中，多巴胺溶液的浓度为2g/L，在室温下聚合物基层的浸渍时间T₁为0﹤T₁≦6h。