一种表面介质阻挡放电沉积连续梯度薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种表面介质阻挡放电沉积连续梯度薄膜的方法，包括以下步骤：步骤1：在等离子体反应器的放电区域内放置环氧树脂样品板；步骤2：以氩气为气源，通过鼓泡法将媒质聚二甲基硅氧烷带入混气腔中，并向混气腔内通入另一路单独的氩气，氩气和媒质在混气腔内混合均匀后形成工作气体；步骤3：将工作气体均匀的从环氧树脂样品板的一侧平行于环氧树脂样品板的上表面连续吹出至等离子体反应器的放电区域。通过本发明专利技术的方法可以在环氧树脂样品板上沉积一层连续梯度薄膜，薄膜致密，水平方向的沉积效果相对均匀，垂直方向的薄膜的厚度逐渐降低，进行表面改性后的环氧树脂样品板绝缘表面电气性能大大提升。缘表面电气性能大大提升。缘表面电气性能大大提升。

【技术实现步骤摘要】
一种表面介质阻挡放电沉积连续梯度薄膜的方法


[0001]本专利技术涉及高电压设备绝缘材料
，具体涉及一种表面介质阻挡放电沉积连续梯度薄膜的方法。

技术介绍

[0002]当前，电力系统正在向大容量，远距离的方向发展。同时，我国城市化发展进入新阶段，用电需求提升，输电走廊受限，传统的户外架空输电线路将无法满足用电需求。同时，架空输电线路的绝缘性能极易受到外部因素影响，例如恶劣天气，温度变化等，导致设备寿命大幅度缩减。气体绝缘输电线路（Gas insulated transmission line, GIL）是一种以六氟化硫（SF6）作为绝缘气体，绝缘子与封闭管道为主体的封闭式输电线路，是一种能够设立于地下，不占用地表资源的输电方法。相较于传统的户外绝缘，GIL具有更优越的稳定性，能够承受更高的电压等级。然而，GIL的绝缘子长期处于封闭的高压工作环境下，气固界面电气参数的不匹配所导致的电场畸变使得绝缘子表面积聚大量电荷，引发闪络事故，导致绝缘损坏。因此，为了提升其绝缘性能同时不破坏原有的机械性能，需要对其进行表面改性处理。
[0003]传统表面改性方法通常专注于提升宏观表面的改性均匀性，与未改性材料相比能够一定程度上提升材料表面的绝缘性能。然而，均匀改性仍然无法解决气固界面的电气参数不匹配的问题。因此相关学者提出了表面梯度功能材料，即在材料表面沉积一层功能梯度化薄膜使材料表面的电气参数（相对介电常数、电导率等）呈梯度变化，从而达到改善电场畸变，加速电荷消散，提升闪络电压的效果。传统的表面梯度改性方法有表面涂覆，磁控溅射，静电纺丝等。然而这些方法通常只能通过分区分时的手段实现表面阶跃梯度，制备过程复杂并且需要真空泵等昂贵设备。
[0004]公开号为CN111599553A公开的特高压交流GIL用盆式绝缘子柔性梯度表面处理方法，通过静电纺丝方法对环氧树脂基件表面电纺出一层具有相对介电常数梯度分布的PVA/BaTiO3薄膜，达到调控表面电场，提升绝缘子耐电性能的目的。但该方法划分了5个区域并控制不同区域的处理时间，属于离散式阶跃型梯度，造成表面参数不连续且处理周期较长。
[0005]公开号为CN111462961A 公开的一种高压GIL表面功能梯度绝缘子的制备方法，通过使用F2/N2气体混合物进行氟化反应在绝缘子表面形成梯度厚度的氟化层，使绝缘子具有连续梯度分布的表面电导率。该方法需要用到真空泵，并且需要多次冲入与排空气体，在处理完成后还需要对残余气体进行处理，过程较为复杂且使用了有毒物质。
[0006]公开号为CN109830347A 公开了一种高压直流GIL用表面功能梯度绝缘子快速工业处理方法。通过等离子体射流方法控制处理时间对高压直流盆式绝缘子进行梯度时间处理，得到功能梯度电导率的高压直流盆式绝缘子。该方法需要在处理某一区域时对其他区域进行遮挡，形成的梯度仍然不连续。
[0007]研究表明表面连续梯度的电场均化效果远优于阶跃梯度，因此提出一种节能高效的表面连续梯度改性方法具有重大意义。等离子体表面改性目前是表面改性领域的研究热
点，其中表面介质阻挡放电能够在表面产生梯度等离子体。因此，本专利技术针对表面连续梯度功能化需求，提出了一种表面介质阻挡放电沉积连续梯度薄膜的方法，利用纳秒脉冲激励源驱动下的大气压等离子体将功能薄膜梯度沉积在材料表面，在短时间内提升其绝缘性能。

技术实现思路

[0008]1.所要解决的技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提供一种表面介质阻挡放电沉积连续梯度薄膜的方法。
[0009]2.技术方案：一种表面介质阻挡放电沉积连续梯度薄膜的方法，包括以下步骤：步骤1：在等离子体反应器的放电区域内放置环氧树脂样品板；步骤2：以氩气为气源，通过鼓泡法将媒质聚二甲基硅氧烷带入混气腔中，并向混气腔内通入另一路单独的氩气，氩气和媒质在混气腔内混合均匀后形成工作气体；步骤3：将工作气体均匀的从环氧树脂样品板的一侧平行于环氧树脂样品板的上表面连续吹出至等离子体反应器的放电区域；步骤4：纳秒脉冲激励源工作，在等离子体反应器的放电区域产生电场，工作气体在电场作用下产生等离子体体羽，等离子体体羽在环氧树脂样品板上表面沉积一层连续梯度薄膜。
[0010]优选地，所述纳秒脉冲激励源的电压幅值8kV，电源频率1kHz。
[0011]优选地，通过鼓泡法将媒质聚二甲基硅氧烷带入混气腔的氩气流速为13~15mL/min，另一路单独的氩气流速为1.8~2L/min。
[0012]优选地，工作气体吹出1min后，纳秒脉冲激励源开始工作。
[0013]优选地，所述环氧树脂样品板沉积连续梯度薄膜的时间为5min。
[0014]优选地，所述环氧树脂样品板的尺寸为100
×
100
×
1mm。
[0015]优选地，所述媒质聚二甲基硅氧烷的粘度为50cst。
[0016]更为具体的，本专利技术的方法基于表面介质阻挡放电改性平台，表面介质阻挡放电改性平台包括氩气瓶、混气腔和等离子体反应器，氩气瓶连接双通接头，双通接头连接两个流量计，其中一个流量计直接连接混气腔，另一个流量计连接防倒吸瓶，防倒吸瓶连接媒质瓶，媒质瓶连接混气腔，两个流量计的气体流速通过流速控制器控制，混气腔连接等离子体反应器的多孔进气模块，多孔进气模块的出气口正对等离子体反应器的放电区域，工作气体从多孔进气模块均匀的吹出，多孔进气模块的出气口位置略高于环氧树脂样品板的上表面，等离子体反应器连接纳秒脉冲激励源。
[0017]本专利技术的工作原理：纳秒脉冲激励源工作时产生电场，氩气在电场作用下产生等离子体，等离子体中包含大量活性粒子，活性粒子会将媒质聚二甲基硅氧烷（PDMS）裂解为Si
‑
O
‑
Si、Si
‑
CH3等含硅活性基团，裂解过程如式（1）所示：（1）；
同时，等离子体中的大量活性粒子会轰击环氧树脂样品板的表面，打开环氧树脂单侧的O
‑
H化学键，然后，等离子体中的含硅活性基团在放电作用下与环氧树脂发生接枝与交联反应，形成Si
‑
O
‑
Si聚合物，过程如式2所示，（2）。
[0018]工作气体通过多孔进气模块均匀的吹出，吹出的工作气体在电场作用下形成等离子体体羽，覆盖在环氧树脂样品板的上表面；受材料表面吸附作用以及沉积反应的影响，等离子体中的活性粒子数量以及PDMS裂解产生的含硅活性基团浓度均会随着等离子体体羽的发展逐渐减少，且这种减少服从“浓度边界层”定律，即距离多孔进气模块较近位置的活性粒子数量多，含硅活性基团接枝和交联反应更充分，形成的薄膜更厚，而随着距离的增加，距离多孔进气模块更远位置的活性粒子数变少，沉积效果减弱，薄膜厚度降低，因此，可以实现绝缘材料表面连续梯度薄膜沉积。
[0019]3.有益效果：（1）通过本专利技术的方法可以在环氧树脂样品板上沉积一层连续梯度薄膜，薄膜致密，水平方向的沉积效果相对均匀，垂直方向的薄膜的厚度逐渐降低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面介质阻挡放电沉积连续梯度薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在等离子体反应器的放电区域内放置环氧树脂样品板；步骤2：以氩气为气源，通过鼓泡法将媒质聚二甲基硅氧烷带入混气腔中，并向混气腔内通入另一路单独的氩气，氩气和媒质在混气腔内混合均匀后形成工作气体；步骤3：将工作气体均匀的从环氧树脂样品板的一侧平行于环氧树脂样品板的上表面连续吹出至等离子体反应器的放电区域；步骤4：纳秒脉冲激励源工作，在等离子体反应器的放电区域产生电场，工作气体在电场作用下产生等离子体体羽，等离子体体羽在环氧树脂样品板上表面沉积一层连续梯度薄膜。2.根据权利要求1所述的一种表面介质阻挡放电沉积连续梯度薄膜的方法，其特征在于，所述纳秒脉冲激励源的电压幅值8kV，电源频率1kHz。3.根据权利要求1所述的一种表面介质阻挡放电沉积连续梯度薄膜的方法，其特征在于，通过鼓泡法将媒质聚二甲基硅氧烷带入混气腔的氩气流速为13~15mL/min，另一路单独的氩气流速为1.8~2L/min。4.根据权利要求1任一项所述的一种表面介质阻挡放电沉积连续梯度薄膜的方法，其特征在于，工作气体吹出1min后，纳秒脉冲激励源开始工作。5.根据权利要求2

【专利技术属性】
技术研发人员：李方松，祝曦，储金成，方志，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：