含有纳米颗粒的介电组合物制造技术

本发明专利技术涉及一种介电组合物，其包含至少一种介电有机流体、优选为至少一种氟化酮和／或至少一种氟化烯烃以及纳米颗粒。

【技术实现步骤摘要】
含有纳米颗粒的介电组合物
本专利技术涉及一种介电组合物，所述组合物包含介电流体、其用途以及一种含有这种介电组合物作为绝缘介质的电子装置。
技术介绍
介电组合物在大量应用以及例如在尤其是在中压、高压或者最高电压范围内运行的电子装置中被用作为绝缘介质，使得引导电压的组件与其他组件绝缘。一种已知的以及几十年以来被应用于该目的的介电的绝缘介质是六氟化硫，其特点在于优秀的介电性能以及出色的消弧光特性。然而，六氟化硫及其分解产物具有较高的温室潜势以及较高的二氧化碳当量，因此，对于其替代材料的需求日益高涨。为了这一目的，在WO2010/142346A1中例如提出了使用氟化酮作为介电绝缘介质。尽管氟化酮(Fluorketone)明显是比六氟化硫更加有益于环境并且尤其是也有益于气候。然而，氟化酮在应用技术上的特性要比六氟化硫差。尤其是已经表明，氟化酮在用作为电子装置中的绝缘介质时具有比较低的使用寿命，因为其在运行条件下倾向于分解。出于这个原因，这些物质的绝缘作用就随着运行时间的增加而发生改变，因此，以此驱动的电子装置的运行安全性就随着运行时间的递增而变得更差。为了应对这一不足，所述绝缘介质可在电子装置内相对较短的运行时间之后定期地被完全移除并且被新的绝缘介质取代，以便由此确保所述电子装置更加可靠地运行。然而，这样经常更换绝缘介质既耗费人力，又会带来所述电子装置相应的停机时间，因此，不仅带来较高的投入，而且还带来了较高的成本。出于这个原因，迄今为止，在电子装置内并没有实现使用氟化酮作为介电绝缘介质。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种环境友好并且尤其是气候友好的介电绝缘介质，所述绝缘介质的优点在于良好的介电性能，另外还具有较高的稳定性以及较长的使用寿命，尤其是即便在电子装置在中压、高压或者最高电压的范围内运行的条件下也如此。根据本专利技术，上述目的通过一种根据权利要求1所述的介电组合物以及尤其是通过一种含有至少一种介电有机流体和纳米颗粒的介电组合物得以实现。其中，所述纳米颗粒优选分散在所述介电流体中。另外，可以向该混合物中加入传统的流体，例如稀有气体、氧气、氮气、氧化氮、二氧化碳和/或一氧化碳。这种除了介电有机流体如氟化酮和/或氟化烯烃以外还包含纳米颗粒的介电组合物令人惊奇地在电子装置的运行条件下，例如在中压、高压或者最高电压的范围内所运行的开关装置或者变压器的条件下，具有与纯的氟化酮和氟化烯烃相比更高的稳定性和更高的使用寿命。因此，根据本专利技术的介电组合物在这样的电子装置内就能够比纯的氟化酮和氟化烯烃明显要使用得更久，从而避免了由于运行所带来的介电性能的消退。这种解决方案尤其是还基于这种认识，即：在电子装置、例如开关装置和变压器在中压、高压或者最高电压范围内的运行中，由于局部的放电或者说微放电而被释放的能量至少部分地被转化成为紫外线(UV-)辐射。出于这个原因，所述介电组合物在所述电子装置的运行中经受了紫外线辐射的照射，这种照射会导致烃链断裂，进而导致氟化酮或者氟化烯烃分解。并不是要与一种理论联系起来，而是可以认为，由于通过纳米颗粒吸收了UV辐射以及所出现的UV辐射的漫射和反射，向所述介电组合物添加纳米颗粒就能够在分解之前形成氟化酮或者说氟化烯烃的保护，并且由此提高了氟化酮或氟化烯烃的稳定性和使用寿命。因此，根据本专利技术的介电组合物的特点为具有介电有机化合物如氟化酮和氟化烯烃的优点，即具有较高的环境效益和气候效益，而没有氟化酮和氟化烯烃的缺点，即在电子装置在中压、高压或者最高电压范围内运行的条件下稳定性和使用寿命极低。此外，根据本专利技术的、除了介电流体以外还包含有分散在所述流体内的纳米颗粒的介电组合物在被应用在处于中压、高压或者最高电压范围内的电子装置、例如在开关装置或者变压器内的情况下就令人惊奇地构成了稳定的、均匀性足够高的分散。其中，稳定的分散另外也源自于，纳米颗粒由于吸收了UV辐射而具有更高的布朗运动，这种布朗运动有利于所述纳米颗粒在所述介电流体内的分散。另外，纳米颗粒在适合地选择其颗粒表面或者说其颗粒表面适当地化学活化的条件下具有带负电性。那么，这些带负电的颗粒就能够吸附由于流体内的放电或者在流体以及固体绝缘物质或者流体以及电导体或者流体、固体绝缘物质以及导体的界面上的放电而被释放出来的电子。那么，以这样的方式被充电的颗粒就可在电场内运动并且在高场强的区域内能够有利于电场的均匀性。此外，可通过使用高介电常数的纳米颗粒或者使用由于其表面的功能化而具有较高介电常数的纳米颗粒，来同样促进电场的减少。具体实施方式根据本专利申请，流体不仅是指气态物质，还指液态物质。氟化酮或者氟化烯烃指的是这样一种酮或者烯烃，其中的至少一个与碳原子结合的氢原子被氟原子取代。相应地，纳米颗粒的概念在本专利申请中表示固体微粒，其平均的颗粒直径(d50)小于或等于1000nm。为了使所述组合物具有足够高的介电性能或者说所述介电流体的介电性能不被降低，在本专利技术进一步扩展的方式中，至少一部分纳米颗粒由相对介电常数εr在1到1000之间、优选在1到200之间的材料构成。为了确保根据本专利技术的组合物具有非常好的介电性，另外优选至少50％、优选至少75％、尤其优选至少90％、尤其是优选至少95％、特别是尤其优选至少99％以及最优选所有的纳米颗粒是由相对介电常数εr在1到1000之间并且优选在1到200之间的材料构成。原则上，所述纳米颗粒可由具有足够高的UV吸收特性并且另外优选具有如上指定的相对介电常数的任何材料构成。例如已经被证明为有利的是，至少一部分纳米颗粒由这样一种材料合成，该材料是从由金属氧化物、非金属氧化物、金属硼化物、非金属硼化物、金属氮化物、非金属氮化物、金属碳化物、非金属碳化物、卤素化合物、碳有机化合物、氟有机化合物、硅有机化合物、碳和由两种或多种上述组分构成的任意组合所构成的群组中选出的。所述碳可尤其指的是功能性的碳，例如石墨、金刚石、碳纳米管和富勒烯，优选C60富勒烯。其中，尤其是当至少一部分所述纳米颗粒是由一种或多种金属氧化物构成时，就会取得良好的效果。这些金属氧化物的适当示例尤其包括二氧化钛、氧化锌、氧化铁、氧化锆和二氧化铈，因此尤其优选至少一部分所述纳米颗粒是由一种从二氧化钛、氧化锌、氧化铁、氧化锆、二氧化铈、以及由两种或多种前述化合物组成的任意组合中所选出的材料构成。根据本专利技术的一种非常优选的实施方式，由于二氧化钛很好的UV吸收性能，尤其优选至少一部分所述纳米颗粒是由二氧化钛构成。通过向介电流体添加由二氧化钛构成的纳米颗粒，尤其是即便在电子装置处于中压、高压或者最高电压范围内的运行条件下，也能实现这种组合物非常高的稳定性和很长的使用寿命。其中，二氧化钛可呈现为金红石、锐钛矿和/或板钛矿的形式，其中，尤其优选锐钛矿型。为了避免即便在较长的运行时长之后例如在二氧化钛颗粒的表面上由于光催化反应而构成原子团，在本专利技术进一步扩展的扩展中使用这样的纳米颗粒，其中的至少一部分经涂覆，更确切地说涂有一层或多层硅有机化合物或者碳有机化合物，例如尤其是涂有一层或多层硅烷和/或氟硅烷。为了在很大程度上实现上面针对各种实施方式所述的优点，根据本专利技术的另一种优选的实施方式设定为，至少50％、优选至少75％、尤其优选至少90％、尤其优选至少95％、特别本文档来自技高网...

【技术保护点】
介电组合物，其包含至少一种介电的有机流体和纳米颗粒。

【技术特征摘要】
2012.06.29 DE 102012211255.31.介电组合物，其包含至少一种介电的有机流体和纳米颗粒，其中所述组合物包含至少一种氟化酮和/或至少一种氟化烯烃作为介电的流体，其中所得到的流体在5巴的压力条件下具有小于25℃的沸点，和/或所述流体的成分需要在高达大于75℃的温度都是化学稳定的。2.根据权利要求1所述的介电组合物，其特征在于，至少50％的纳米颗粒由相对介电常数εr在1至1000之间的材料所构成。3.根据权利要求2所述的介电组合物，其特征在于，至少75％的纳米颗粒由相对介电常数εr在1至1000之间的材料所构成。4.根据权利要求2所述的介电组合物，其特征在于，至少90％的纳米颗粒由相对介电常数εr在1至1000之间的材料所构成。5.根据权利要求2所述的介电组合物，其特征在于，至少95％的纳米颗粒由相对介电常数εr在1至1000之间的材料所构成。6.根据权利要求2所述的介电组合物，其特征在于，至少99％的纳米颗粒由相对介电常数εr在1至1000之间的材料所构成。7.根据权利要求2所述的介电组合物，其特征在于，所有的纳米颗粒由相对介电常数εr在1至1000之间的材料所构成。8.根据权利要求2所述的介电组合物，其特征在于，所述相对介电常数εr在1至200之间。9.根据权利要求1-7中任一项所述的介电组合物，其特征在于，至少一部分所述纳米颗粒由从金属氧化物、非金属氧化物、金属硼化物、非金属硼化物、金属氮化物、非金属氮化物、金属碳化物、非金属碳化物、卤素化合物、碳有机化合物、氟有机化合物、硅有机化合物、碳、以及两种或更多种前述组分的任意组合中选出的材料所构成。10.根据权利要求9所述的介电组合物，其特征在于，至少一部分所述纳米颗粒由从二氧化钛、氧化锌、氧化铁、氧化锆、二氧化铈、以及两种或更多种上述化合物的任意组合中选出的材料所构成。11.根据权利要求10所述的介电组合物，其特征在于，至少一部分所述纳米颗粒由锐钛矿结晶型二氧化钛构成。12.根据权利要求10所述的介电组合物，其特征在于，至少一部分所述纳米颗粒涂有硅有机化合物和/或碳有机化合物。13.根据权利要求12所述的介电组合物，其特征在于，至少一部分所述纳米颗粒涂有硅烷和/或氟硅烷。14.根据权利要求1至7中任一项所述的介电组合物，其特征在于，所述纳米颗粒具有1至1000nm的平均颗粒直径d50。15.根据权利要求14所述的介电组合物，其中所述纳米颗粒具有5至100nm的平均颗粒直径d50。16.根据权利要求14所述的介电组合物，其中所述纳米颗粒具有10至50nm的平均颗粒直径d50。17.根据权利要求14所述的介电组合物，其中所述纳米颗粒具有15至50nm的平均颗粒直径d50。18.根据权利要求14所述的介电组合物，其中所述纳米颗粒具有17至50nm的平均颗粒直径d50。19.根据权利要求14所述的介电组合物，其中所述纳米颗粒具有17至30nm的平均颗粒直径d50。20.根据权利要求14所述的介电组合物，其中所述纳米颗粒具有17至25nm的平均颗粒直径d50。21.根据权利要求1至7中任一项所述的介电组合物，其特征在于，所述纳米颗粒具有1至1000nm的平均颗粒直径d25/75。22.根据权利要求21所述的介电组合物，其中所述纳米颗粒具有5至100nm的平均颗粒直径d25/75。23.根据权利要求21所述的介电组合物，其中所述纳米颗粒具有10至50nm的平均颗粒直径d25/75。24.根据权利要求21所述的介电组合物，其中所述纳米颗粒具有15至50nm的平均颗粒直径d25/75。25.根据权利要求21所述的介电组合物，其中所述纳米颗粒具有5至50nm的平均颗粒直径d25/75。26.根据权利要求21所述的介电组合物，其中所述纳米颗粒具有17至50nm的平均颗粒直径d25/75。27.根据权利要求21所述的介电组合物，其中所述纳米颗粒具有17至25nm的平均颗粒直径d25/75。28.根据权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：U·卡藤博恩，
申请(专利权)人：施耐德电器工业公司，
类型：发明
国别省市：