通过电声脉冲(PEA)法测量了低密度聚乙烯(LDPE)在不同场强作用下的去极化特性。根据空间电荷限制电流(SCLC)理论,通过公式推导求解了聚乙烯的平均电荷体密度、视在迁移率、陷阱深度分布及阈值场强。结果表明聚乙烯中的陷阱或缺陷,即其微观形态与宏观上空间电荷的分布密切相关。

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绝缘材料

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王

霞等：空间电荷测量表征聚乙烯中电荷输运特性

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空间电荷测量表征聚乙烯中电荷输运特性 王霞，陈少卿，屠德民 (西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安 70 4 ) 1 0 9摘要：通过电声脉冲 ( E P A)法测量了低密度聚乙烯 ( DP L E)在不同场强作用下的去极化特性。根据空间电荷限制电流

( C C) S L理论，通过公式推导求解了聚乙烯的平均电荷体密度、视在迁移率、陷阱深度分布及阈值场强。结果表明：聚乙烯中的陷阱或缺陷，即其微观形态与宏观上空间电荷的分布密切相关。 关键词：空间电荷测量；视在迁移率；陷阱深度及分布；阈值场强 中图分类号： TM9 4 3 TM9 3 2; 3.; 3 . 3TQ3 5 1 2 .2文献标志码： A文章编号：0 9 2 9 2 0 ) 1 0 1 4 1 0—9 3 ( 0 7 0—0 6—0

Cha g Tr ns r e a por Pr pe t i P0 ye hy e I e t ga e t o ry n l t l ne nv s i t d by pa e S c Cha g M e s r m e r e a u e nt W ANG Xi CHEN S a . i a, h o q ng, TU . i De m n

( tt y La oa oy o etia n u ain a d Po r Eq i me t S ae Ke b r tr f Elcrc l i s lt n we u p n, o Xi a ioo g Unv ri, Xi a 7 0 4, C ia)’ n Ja tn iest y’n 109 hn Ab ta t I t i a e, t e e oa ia in h rce it s o lw—e st p le h ln ( DP sr c: n hs p p r h d p lrz to c a a trsi f o d n i c y oy t ye e L E) wa s me s r d b u s d e e t o a o s i ( E a u e y p le l c r c u t P A) me h d u d r v ro s sr s e .Ac o d n o s a e c a g c to n e a iu te s s c r i g t p c h r e

l t d u r n ( C C) t e r i e c r e t mi SL h o y, t e d rv t n f q a t is u h s h e iai o

u n i e s c a me n ou d n iy f p c o t a v lme e st o s a e ca g h r e, a p r n t a— o t o l d p a e t r p c n r le m o iiy, ta d p h it i u i n n t r h l s r s we e ic s e b lt r p e t d s rb to a d h es o d te s r d s u s d. Th t s r s ls h w t a p c h r e m e s e e e t e u t s o h ts a e c a g a ur men s a l o p o i e u e uli f r a i n t a t i be t r v d s f n o m ton o r p, o r d fc . n mey ee t a l m ir s r c u a p o r is n o y t y e e. c o t u t r l r pe te i p l e h l n K e r s: p c h r e y wo d s a e c a g me s r m e t a p r nt o i t t a d p h it iu i n;hr s o d t e s au e n; p a e m b l y:r p e t d s rb to t e h l s r s i

1引言

在电场作用下，尤其是直流电场下，空间电荷集聚会严重畸变聚合物中电场分布，存电机械能，贮并引起电荷的复合和激励，从而导致了材料早期的破坏，:加热电子的生成速率；如增降低材料老化的能量势垒；引起断键的生成；孔扩大和内部应力，最终微并导致材料击穿 n。另一方面，间电荷的集聚会加速 1空聚合物绝缘老化进程，而使聚合物绝缘在直流电缆从

实际上，间电荷集聚的速率和程度不仅仅与界空面(电极一介质、晶相一无定形相 )缺陷、、杂质、加添剂等相关，而且也与生产过程，如交联副产物、共混、 添加剂，等相关。这些因素或多或少会增加或改变材料中电荷积聚特性[。因此，过空间电荷测量提取 9 1通

上的应用受到障碍。目前，国内外许多学者在聚乙烯电缆料改性方面进行了大量的研究工作，热处理消如除交联副产物犯引引入添加剂阻止空间电荷的集聚，、等 1。 聚合物的电性能与其物理、学、观结构密切化微相关。合物材料的老化与破坏，意味着其物理、聚也化学

、观结构的改变。一般而言，存在聚乙烯中与物微理、学结构相关的陷阱深度小于 1e因此聚合物化 V,微观结构的改变引起陷阱密度的改变，终导致电荷最入陷传输过程的改变】这些变化会在很大程度上影。响电荷载流子的迁移率。 收稿日期：20 0 6—1 0—2 O作者简介：王霞 ( 9 6,山西人， 17一)女，博士研究生，究方向为聚合研物绝缘材料改性和测试方法， (电话 )0 9—8 6 7 5 ( 2 2 6 9 4电子信箱 ) wx y n@ malx t . d . n l f ig i iu e u a o .

与介质微观特性相关的信息，如空间电荷阈值场强、 电荷积聚速率、在迁移率、阱深度分布，视陷能反映出介质的各种微观特性。大利教授 Mo tn r在此方意 na ai面做了大量的研究工作，成功地将空间电荷测量来并衡量绝缘材料老化的程度 n61 l9 lo本文基于电声脉冲 ( EA)[,量了低密度 P法 1测¨ 聚乙烯 ( DP在不同场强作用下的去极化特性。根 L E)据空间电荷限制电流 ( C C)论[加， SL理 7】计算得出聚，乙烯的平均电荷体密度、阈值场强、在电荷迁移率视

和陷阱深度分布。 2空间电荷测量表征电荷输运特性的方法 2 1平均电荷体密度 . P A法测量聚合物中空间电荷用来表征聚合物 E的极化/去极化过程。即在一定外加场强下加压一段时间 (极化过程 ),然后再短路一段时间 (去极化过程 )短路过程中试样内的空间电荷逐渐衰减，么在。那

去极化的 t时刻，样内电荷的平均体密度可由 ( )试 1