摘要: 双向拉伸聚丙烯(Biaxially oriented polypropylene，BOPP)薄膜用于金属化薄膜电容器(Metallized film capacitor,MFC)时往往面临脉冲电场以及高温等复杂工况，容易发生介质击穿，导致储能密度下降，亟需开展BOPP薄膜击穿特性和介电性能提升方法研究。... 展开 双向拉伸聚丙烯(Biaxially oriented polypropylene，BOPP)薄膜用于金属化薄膜电容器(Metallized film capacitor,MFC)时往往面临脉冲电场以及高温等复杂工况，容易发生介质击穿，导致储能密度下降，亟需开展BOPP薄膜击穿特性和介电性能提升方法研究。本文研究BOPP薄膜击穿特性及介质-金属电极之间的界面调控，主要结果如下: 开展了 BOPP薄膜直流和脉冲击穿实验，并基于陷阱电荷的输运机制解释了击穿演化过程。通过陷阱能级及分布与高温电阻率测试，证实了缺陷引入浅陷阱及高温电阻率下降是导致击穿场强下降的主要原因;提出了耐受脉冲数、耐受时间等脉冲绝缘参数，并总结这些参数与重复频率之间的指数衰减关系，揭示了BOPP薄膜的劣化机制，发现了重频脉冲产生的热积累效应加速了薄膜击穿。 揭示了 MFC从性能劣化到击穿是一个自愈主导的渐进过程，自愈产热并积聚直接影响电容器失效过程。根据容损特性将自愈分成有效、破坏和致命三类。有效自愈发生在电容容损小于5.0％,对MFC绝缘寿命影响不大。在容损5％ ～19.2％时，自愈过程会显著劣化MFC绝缘性能。当容损超过19.2％时，自愈过程会导致MFC迅速击穿并失效。 提出了大气压等离子体射流与压力喷雾两种BOPP薄膜表面改性方法，可弥补生产工艺中表面缺陷导致的BOPP薄膜击穿场强与稳定性的下降。其中压力喷雾法改性的薄膜平均击穿场强(100 ℃)最大提升幅度约28.3％,且具有良好的自愈性能，平均放电能量密度(120℃)达到4.9J/cm3,是同条件下未改性BOPP薄膜放电能量密度的1.75倍。改性后，复合薄膜的深陷阱密度增加、浅陷阱密度减小以及相对介电常数的提高是其击穿性能与放电能量密度提升的主要原因。密度泛函理论计算也表明改性BOPP薄膜表面的组分不容易在强场、高温下劣化，使得其稳定性提升。 收起