重庆大学司马文霞教授团队 ACS AMI：面向高湿、高盐地区电力装备的绝缘材料靶向自修复技术研究

2022-11-05 来源：高分子科技

电力装备在高湿、高盐地区长期服役过程中其内部的绝缘材料会在强电场诱导下产生树枝状损伤（亦称为“水树枝”），从而导致绝缘材料电气性能大幅下降，严重威胁电力装备的运行安全。近年来兴起的微胶囊自修复技术为彻底解决上述问题带来了曙光，但由于“水树枝”通道内部存在的水分会阻碍胶囊内的修复剂流入，传统微胶囊技术对修复“水树枝”难以奏效，解决高湿环境下绝缘材料内部电损伤的自修复问题面临挑战。

近期，重庆大学电气工程学院高电压与绝缘技术系的司马文霞教授团队制备了一种新型智能靶向自修复绝缘材料，其通过微化学反应平台构筑了具有磁场响应特性的靶向自修复微胶囊（图1），可利用定向磁场诱导微胶囊在预制环氧树脂内部靶向分布，当“水树枝”损伤打破微胶囊外壳时，其内部的修复剂能够在与“水树枝”通道内部的水分融合并缓慢发生固化反应，实现对损伤的自感知、自修复。利用在胶囊壳体与基体材料之间形成的高分子互穿网络结构（图2）抑制了微胶囊对基体材料电气性能的负面影响（图3），并通过磁控靶向技术在确保修复效果的前提下大大降低了微胶囊的掺杂浓度，微胶囊的靶向分布特性与自修复效果如图4、图5所示。这项研究工作填补了国内外水树枝自修复研究领域的空白，为提高沿海高湿环境下电力装备的服役寿命提供一种新思路。该工作以“A magnetically targeted, water-triggered, self-healing microcapsule based on microfluidic techniques enabling targeted healing of water tree damage in epoxy resin”为题发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上(ACS Appl. Mater. Inter. , 2022)。文章第一作者是重庆大学司马文霞教授，第二作者是硕士生樊开森，通讯作者是孙魄韬副教授，该研究得到国家自然科学基金委的支持。

(a) (b)

图1 (a)微胶囊的SEM图;(b)微胶囊壳层的SEM图

图2 微胶囊与基体之间形成的高分子互穿网络反应原理图

图3 (a)复合绝缘材料位移-载荷曲线;(b)复合绝缘材料交流击穿场强威布尔分布图;(c)复合绝缘材料介电常数曲线

(a) (b)

图4 (a)微胶囊随机分布的复合材料横截面SEM图;(b) 微胶囊靶向分布的复合材料横截面SEM图

(a)

(b) (c)

图5 (a)复合材料对机械损伤自修复的荧光显微镜图像; (b)复合材料对水树枝损伤自修复的荧光显微镜图像; (c)修复完成后复合材料的横截面SEM图像

该工作是团队关于绝缘材料损伤自修复技术相关研究的最新进展之一。绝缘材料在复杂电、热、机械应力下产生的微尺度损伤是威胁电力装备运行安全的重要因素。为此团队开展了一系列绝缘材料损伤自修复的研究工作，提出了多种绝缘材料自修复方法与策略。在过去两年中，团队研发了一种基于微胶囊技术的自修复环氧树脂复合绝缘材料(Chem. Eng. J., 2021, 405, 126908)，提出了微胶囊在复合材料中的靶向诱导方法(ACS Appl. Mater. Inter. , 2021, 13, 28)，构筑了具有多重响应功能的环保型自修复微胶囊(Nanoscale , 2022, 14)，并提出无壳化微球自修复技术路线(J. Mater. Chem. C , 2022, 10, 28)。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.2c13588

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻