復(fù)合材料交流擊穿強度：

從實際應(yīng)用的角度上考慮，電介質(zhì)的擊穿強度是一個非常重要的參數(shù)，特別是在高頻高壓場合下，絕緣材料必須具有一定的介電強度。

絕緣材料的擊穿強度遵循Weibull分布。介電強度的Weibull分布可寫為：

式中P是電失效的累積概率，E是每次實驗時的測試擊穿強度，β是形狀因子，表示擊穿強度的分散情況，E0是尺度參數(shù)，表示失效概率為63，2%時的擊穿強度，這個參數(shù)通常被用來比較不同樣品的介電強度。

P根據(jù)下述公式進行計算：

E值以升序排列，i代表E值的位次，n表示每個樣品總的測試數(shù)目。

圖1給出了納米復(fù)合材料的介電強度的Weibull分布。根據(jù)圖2，14可以看出，復(fù)合材料的介電強度與納米顆粒的濃度有很大的關(guān)系。根據(jù)圖2，14，在低顆粒濃度的情況下，納米復(fù)合材料的介電強度有很大的降低。當顆粒的濃度超過12％并逐漸增加到32％，復(fù)合材料的介電強度不再發(fā)生很大的變化，只是隨著納米顆粒的增加而慢慢降低，這說明聚乙烯納米鋁復(fù)合材料在較高的金屬含量時仍具有較高的介電強度，因此從應(yīng)用的角度上具有潛在的價值。低濃度下的介電強度快速降低以及高濃度下介電強度的變化較小，說明在這些納米復(fù)合材料中可能存在兩種不同的擊穿機理。

圖1

當顆粒含量較低時，顆粒之間沒有形成團簇，而是孤立的存在于聚合物基體中，這樣，每個粒子周圍的電場會發(fā)生很強的放大，納米顆粒與聚合物基體之間可能會發(fā)生局部的擊穿。在這種情況下，由于納米顆粒的尺寸很小，盡管施加在樣品上的電場強度不是很高，但納米鋁顆粒周圍局部電場的增強足以超過聚乙烯的本征擊穿強度，從而造成納米鋁顆粒的濃度越低，復(fù)合材料的介電強度降低越快。根據(jù)我們的觀察，納米鋁含量為1％時，復(fù)合材料的失效概率為63，2％的擊穿強度由純聚乙烯的135，1kV/mm降低到103，4kV/mm。

聚合物納米復(fù)合材料的介電強度的降低速率與納米顆粒本身的性質(zhì)及尺寸有關(guān)，金屬顆粒的影響要遠遠大于電介質(zhì)顆粒的影響。

隨著納米顆粒的含量進一步增加，顆粒的團聚趨勢越來越明顯，團簇的尺寸也越來越大，這樣會造成電場的增強速率逐漸減弱，因而材料的介電強度降低的速率也越來越弱。當聚合物中的顆粒含量超過一定值后，顆粒團簇的尺寸變的很大以至于彼此互相靠近，樣品上下表面就會形成橋聯(lián)結(jié)構(gòu)。根據(jù)上面的討論，納米鋁氧化殼層的電阻率要低于聚乙烯的電阻率，橋聯(lián)結(jié)構(gòu)會造成放電。一旦上下表面中間有一條橋聯(lián)結(jié)構(gòu)發(fā)生放電，施加到復(fù)合材料其它地方的電應(yīng)力就會降低。這是復(fù)合材料在較高納米顆粒含量下仍具有較高的介電強度的原因之一。

假設(shè)不同納米團簇的體積比較接近且電極形狀是相同的，那么當納米顆粒的含量超過12％時，流經(jīng)各個橋聯(lián)通路的“短路電流"就沒有什么不同。盡管兩電極之間有放電現(xiàn)象發(fā)生，由于納米鋁顆粒本身的自鈍化性質(zhì)，復(fù)合材料在高的顆粒含量時仍保持的較好的絕緣性能。以上是復(fù)合材料在較高納米顆粒含量下仍具有較高的介電強度的另一個原因，也是復(fù)合材料在較高納米顆粒含量下具有相似擊穿強度的原因。

根據(jù)介電強度的觀點，12％也可以看作是逾滲閾值。這是因為，從材料的介電強度的角度上講，復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)在這個濃度發(fā)生了一個轉(zhuǎn)變。可以看出，這個值明顯低于直流電導(dǎo)測量所反映出的逾滲閾值（22，3％），這是測試電場強度的不同造成的。在介電強度的測試中，樣品所加的電場強度要高出測量直流電導(dǎo)時所施加場強1-2個數(shù)量級。